專利名稱：：車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于模糊推斷的車輛跟馳方法，將模糊邏輯運(yùn)用到車輛跟馳的控制及決策中。
背景技術(shù)：
：隨著道路交通的迅速發(fā)展，駕駛行為的研究對交通安全、行為能力的提高起著越來越重要的作用。正確理解駕駛員在駕駛過程中如何操縱車輛，是設(shè)計(jì)交通運(yùn)輸裝置及管理方案的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的車輛跟馳方法難以體現(xiàn)駕駛員的感覺、理解、判斷、決定等一系列心理、生理活動的不確定性和不一致性。許多研究認(rèn)為在車輛跟馳過程中前導(dǎo)車的刺激和后隨車的反應(yīng)之間存在著確定的聯(lián)系，即前后車動作之間存在著一定的因果關(guān)系。但一個駕駛員的動作所作出的反應(yīng)，可能不是基于一個確定性的一對一的聯(lián)系，而是基于由駕駛員經(jīng)驗(yàn)積累而來的一系列駕駛準(zhǔn)則上的。而且影響跟馳行為的因素具有多樣性、復(fù)雜性、隨機(jī)性，所以難以有一個統(tǒng)一的方法。隨著城市交通微觀模擬技術(shù)的發(fā)展，車輛跟馳模擬方法也成為了研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的跟馳方法主要有如下幾種1.GM方法，此方法是Pipes等人提出的最早期的跟車方法，其工作具有開創(chuàng)性的意義，雖然這種方法現(xiàn)在已不能令人滿意，但是其形式簡單，物理意義明確，在實(shí)際中曾得到了廣泛的應(yīng)用。此方法采用簡單的刺激——反應(yīng)特性，過于簡單，難以反映駕駛員在行車過程中其感知、反應(yīng)、判斷等心理、生理行為特性，并且還存在如下一些缺點(diǎn)(1)前車的剌激于后車的反應(yīng)是一一對應(yīng)的關(guān)系，而現(xiàn)實(shí)中的跟車行為是隨交通條件和流量條件的變化而變化的。(2)候車能以確定的方式對前車的相對速度的微笑變化做出反應(yīng)，且后車對正負(fù)相對速度的敏感程度相同。而實(shí)際觀測表明當(dāng)兩車的距離增加或減小時，后車的反映不相同。(3)前后兩車的車速相同時，允許兩車的車頭時距無限減少直至為零。2.線性跟車模型Helly提出了一種新線性跟車方法，其考慮了前方兩輛車是否制動減速對后車加速度的影響項(xiàng)。由于該方法物理意義明確、簡單、實(shí)用，目前人們在實(shí)踐中大量地使用該方法。3.生理——心理方法此方法是將刺激抽象為前后車之間的相對運(yùn)動，包括速度差和距離差的變化。這些刺激只有超過閾值才能被司機(jī)感知并做出反應(yīng)，從而建立相應(yīng)的車輛跟馳。生理--。、理方法是將刺激抽象為前后車之間的相對運(yùn)動，包括速度和距離的變化。這些刺激只有超過閾值才能被司機(jī)感知并做出反應(yīng)，其基礎(chǔ)也是刺激一一反應(yīng)關(guān)系。由于該模型充分考慮了不同交通環(huán)境下，司機(jī)的不同反應(yīng)，從而更接近實(shí)際狀況。但對各種閾值的調(diào)査測量是非常困難的。而且在運(yùn)用于其它的交通環(huán)境時，難以評價原有的參數(shù)適用性。現(xiàn)有的閾值確定方法是根據(jù)人對其視野中物體的角速度變化的最小可感知值來定，但實(shí)測數(shù)據(jù)中大量存在超過閾值而未反應(yīng)的事例，因此，僅根據(jù)閾值來劃分跟馳狀態(tài)值得進(jìn)一步探討。4.安全距離模型安全距離方法最基本的關(guān)系并非GM方法所倡導(dǎo)的剌激——反應(yīng)關(guān)系，而是尋找一個特定的跟車距離。它可以根據(jù)司機(jī)行為一般感性假設(shè)來標(biāo)定。大多數(shù)情況只需知道司機(jī)將采用的最大制動減速度，這樣就能滿足整個方法的需要。盡管該方法能夠得出可以令人接受的結(jié)果，但仍有許多問題有待解決，在實(shí)際的交通運(yùn)行中，司機(jī)在很多情況下并沒有保持安全距離行駛。造成這種情況的原因是多方面的。在實(shí)際交通環(huán)境中，一方面，前導(dǎo)車極少采用擋墻式制動，造成司機(jī)趨于采用冒險的方式進(jìn)行駕駛；另一方面，司機(jī)可以看到前方不止是一輛前導(dǎo)車，而且還有其他車輛以及諸如遠(yuǎn)方信號燈等交通信息，司機(jī)綜合判斷這些信息后，能及時對前導(dǎo)車的變化做出反應(yīng)。因此，在利用基于安全間距的跟馳模型進(jìn)行通行能力的分析，很難與實(shí)際最大交通量吻合。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明提出了一個基于模糊推理的車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法，將模糊邏輯運(yùn)用到車輛跟馳的控制及決策中。仿真結(jié)果表明用模糊推理方法指導(dǎo)駕駛員是可行的，而且通過模糊推理來控制后車的速度能夠在滿足安全距離的前提下跟隨前車安全行駛。技術(shù)方案-一種車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法，其特征在于步驟l.通過后車的超聲波測距儀采集連續(xù)的3次前后兩車的相對距離《、《+1和《+2，2次前后兩車的相對距離采集的時間間隔為A，并由前后兩車的相對距離及該相對距離采集時的后車速度得到第一輸入量ds，由3次前后兩車的相對距離《.、",+1和《+2、前后車的車速及前后兩車的相對距離采集的時間間隔AZ得到前車的加速度lva并作為第二輸入量，具體方法如下先利用相鄰3次測得的前后兩車的相對距離《、《.+1和《+2及時間間隔厶"得到前車的兩個相鄰實(shí)時速度v;、《'd,-《(1)《Hd)/A"v,+,(2)其中，v,、v,+,為后車的兩個相鄰實(shí)時速度，且該后車的兩個相鄰實(shí)時速度v,、v,+,為對應(yīng)于前車的兩個相鄰實(shí)時速度vi、的時間點(diǎn)的速度，然后，由前車的兩個相鄰實(shí)時速度v〖、v;+'得到前車的加速度lva:-v〗)/Af(3)步驟2.建立模糊控制器，得到后車加速度(1)以第一輸入量ds及第二輸入量lva為模糊控制器的兩個輸入變量，以后車的加速度為模糊控制器的輸出變量fVa，所述第二輸入量Wa為前車的加速度，將第一輸入量ds、第二輸入量lva及輸出變量fVa分別劃分為7個模糊詞集:負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，分別用nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb表示，所述的7個模糊詞集的隸屬度函數(shù)取常用三角函數(shù)，(2)模糊控制器的模糊推理規(guī)則采用規(guī)則表歸納出49條規(guī)則，該規(guī)則表為<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(3)采用最大-最小法，計(jì)算輸出變量fVa的模糊集設(shè)任意一個模糊控制規(guī)則為如下形式《■:ifcfe=4and/w=^then，=5,.其中/=1,2,'-,49(現(xiàn)有49條規(guī)則)對于第/條規(guī)則，這個模糊判斷句可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>的隸屬函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>這49條規(guī)則的合成結(jié)果為i的隸屬函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>現(xiàn)假定輸入為^=4，/Vfl=4。則由總推理關(guān)系i得到相應(yīng)的輸出5為5=(4xJ2)。i即對任意戶aet/，有5(>a)=vU(^)A4(/va)A堿&,輸出量的隸屬函數(shù)/ra,=max{min|//4(<is),//^(A),//w(成/ra,/i^)J|以上式中4表示ds的任一模糊詞集，4表示lva的任一模糊詞集，5,表示fVa的任一模糊詞集。/^(fife)表示4'隸屬函數(shù)，/^(/ra)表示4隸屬函數(shù)，///j,(Aa)表示^隸屬函數(shù)。A表示取小運(yùn)算，v表示取大運(yùn)算。4表示ds的任一模糊詞集，4表示W(wǎng)a的任一模糊詞集，5表示fVa的任一模糊詞集。/^(A)表示4隸屬函數(shù)，//」2(&)表示^隸屬函數(shù)。f/表示輸出變量^a所在的論域。步驟3.采用質(zhì)心法，對輸出變量fVa的模糊詞集進(jìn)行解模糊，得到后車加速度>"*為麵t/上式各符號含義與上相同。有益效果本方法提供的車輛跟馳效果通過兩個算例得到驗(yàn)證算例1:前后車間的初始距離為100m，前車突然剎車，以5m/sA2減速運(yùn)動。仿真結(jié)果如圖l、圖2和圖3所示。可以看出在大約lls的時候后隨車在距離前車10m處停下。算例2:前后車之間的初始距離為20m，后車的速度為20.83m/s,前車的速度為18.06m/s，并保持該速度不變。仿真結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。可以看出兩車之間的距離與安全距離差的值在大約8s前有相對較大的波動，之后做不斷的小范圍波動，范圍波動在4m內(nèi)。兩車之間的實(shí)際距離在8s后幾乎保持不變，后隨車緊緊跟隨前導(dǎo)車運(yùn)動。通過上述的兩個算例可以得出本文提出的基于模糊推理的車輛跟馳方法在一定程度上較好地反映了駕駛員的決策過程。通過模糊推理所得到的后隨車的速度能夠?qū)崿F(xiàn)在滿足安全距離的前提下跟隨前車行駛。仿真結(jié)果中可以看到，通過模糊控制后車的車速能夠讓后車安全的停車，而且可以以微小的車速波動跟隨前車行駛。這證實(shí)了該模糊控制算法運(yùn)用到跟馳方法中是可行的。圖1是算例1時前后兩車的距離與安全距離差的仿真圖。圖2是算例1時前后兩車之間的實(shí)際距離的仿真圖。圖3是算例1時后隨車的速度變化的仿真圖。圖4是算例2時前后兩車之間的距離與安全距離差的仿真圖。圖5是算例2時前后兩車之間的實(shí)際距離的仿真圖。圖6是算例2時后隨車的速度變化的仿真圖。圖7是后車速度獲取流程圖。圖8是相對距離與安全距離差值的隸屬函數(shù)圖。圖9是前車加速度的隸屬函數(shù)圖。圖IO是后車加速度的隸屬函數(shù)圖。具體實(shí)施方式本車輛跟馳方法的實(shí)施方式主要由如下幾個步驟，其流程圖見圖7。一種車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法步驟1.通過后車的超聲波測距儀采集連續(xù)的3次前后兩車的相對距離《、《:+1和《+2，2次前后兩車的相對距離采集的時間間隔為A"并由前后兩車的相對距離及該相對距離采集時的后車速度得到第一輸入量ds，由3次前后兩車的相對距離《、《+1和《+2、前后車的車速及前后兩車的相對距離采集的時間間隔Az得到前車的加速度lva并作為第二輸入量，具體方法如下-先利用相鄰3次測得的前后兩車的相對距離《、《+,和《+2及時間間隔A/，得到前車的兩個相鄰實(shí)時速度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(2)其中，v。v,w為后車的兩個相鄰實(shí)時速度，且該后車的兩個相鄰實(shí)時速度v,、v,+,為對應(yīng)于前車的兩個相鄰實(shí)時速度^、v^的時間點(diǎn)的速度，Af可以為1/6秒，然后，由前車的兩個相鄰實(shí)時速度vi、v廣得到前車的加速度lva:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(3)上述第一輸入量ds采用現(xiàn)有的方法得到，該方法可以是:其中，ds、《及v,如上所述；(4)步驟2.建立模糊控制器，得到后車加速度(1)以第一輸入量ds及第二輸入量lva為模糊控制器的兩個輸入變量，以后車的加速度為模糊控制器的輸出變量^a，所述第二輸入量lva為前車的加速度，將第一輸入量ds、第二輸入量lva及輸出變量fVa分別劃分為7個模糊詞集:負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，分另U用nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb表示，所述的7個模糊詞集的隸屬度函數(shù)取常用三角函數(shù)，第一輸入量ds及第二輸入量lva及輸出變量fVa的隸屬函數(shù)分別如公式5，公式6和公式7所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(7)第一輸入量ds及第二輸入量lva及輸出變量的隸屬函數(shù)也可以參考圖8，圖9和圖10。(2)模糊控制器的模糊推理規(guī)則采用規(guī)則表歸納出49條規(guī)則，該規(guī)則表為:<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從上述規(guī)則表中可以得到下述49條規(guī)則如果ds為nb且lva為nb，如果ds為nb且lva為nm，如果ds為nb且lva為ns，如果ds為nb且lva為ze，如果ds為nb且lva為ps，如果ds為nb且lva為pm，如果ds為nb且lva為pb，如果ds為nm且lva為nb，如果ds為nm且lva為nm，如果ds為nm且lva為ns，如果ds為腿且lva為ze，如果ds為nm且lva為ps，如果ds為nm且lva為pm，如果ds為nm且lva為pb,如果ds為ns且lva為nb，如果ds為ns且lv'a為nm，如果ds為ns且lva為ns，如果ds為ns且lva為ze，如果ds為ns且lva為ps，如果ds為ns且lva為pm，如果ds為ns且lva為pb,如果ds為ze且lva為nb，如果ds為ze且lva為nm，如果ds為ze且lva為ns，如果ds為ze且lva為ze，如果ds為ze且lva為ps，那么為nb那么fva為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么fva為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么fVa為ns那么fVa為ze那么fVa為ze那么fva為ps那么fva為nb那么fva為nb那么fva為證那么fVa為ns那么為ze那么為ps那么fva為pm那么fVa為nb那么fVa為nb那么fVa為nb那么為nb那么fva為nb如果ds為ze且lva'為pm，另卩么fva為nb如果ds為ze且lva為pb，那么fVa為nb如果ds為ps且lva為nb，那么fVa為nb如果ds為ps且lva為nm，那么fva為nm如果ds為ps且lva為ns，那么fva為ns如果ds為ps且lva為ze，那么fva為ps如果ds為ps且lva為ps，那么fVa為pm如果ds為ps且lva為pm，那么fVa為pb如果ds為ps且lva為pb，那么為pb如果ds為pm且lva為nb，那么fVa為nb如果ds為pm且lva為nm，那么fva為nm如果ds為pm且lva為ns，那么fva為ns如果ds為pm且lva為ze，那么fva為pm如果ds為pm且lva為ps，那么fVa為pb如果ds為pm且lva為pm，那么fva為pb如果ds為pm且lva為pb，那么為pb如果ds為pb且lva為nb，那么fVa為ps如果ds為pb且lva為nb，那么fVa為pm如果ds為pb且lva為nb，那么fVa為pb如果ds為pb且lva為nb，那么fVa為pb如果ds為nb且lva為nb，那么為pb如果ds為pb且lva為nb，那么為pb如果ds為pb且lva為nb，那么fVa為pb(3)采用最大-最小法，計(jì)算輸出變量fVa的模糊集:設(shè)任意一個模糊控制規(guī)則為如下形式《if<is=v4(and/va=^thenyV=5,.其中/=1,2廣',49(49條規(guī)則)對于第/條規(guī)則，這個模糊判斷句可表示為:i,的隸屬函數(shù)為:所述49條規(guī)則的合成結(jié)果為:i的隸屬函數(shù)為://^(成/v"，="現(xiàn)假定輸入為^=4，/Vfl=j2。則由總推理關(guān)系i得到相應(yīng)的輸出5為5=(4x^2)oi即對任意>aet/，有5(>")=vU(^)A4(/vaX我/v"y^》輸出量的隸屬函數(shù)>a)以上式中^表示ds的任一模糊詞集，^表示lva的任一模糊詞集，B,表示fVa的任一模糊詞集。/^;(&)表示4'隸屬函數(shù)，/^(/vfl)表示4隸屬函數(shù)，/^,C/^)表示s,隸屬函數(shù)。A表示取小運(yùn)算，V表示取大運(yùn)算。4表示ds的任一模糊詞集，4表示lva的任一模糊詞集，5表示^a的任一模糊詞集。//4(&)表示4隸屬函數(shù)，(&)表示4隸屬函數(shù)。C/表示輸出變量fVa所在的論域。步驟3.采用質(zhì)心法，對輸出變量fVa的模糊詞集進(jìn)行解模糊，得到后車加速度加—n-^~上式各符號含義與上相同。權(quán)利要求1.一種車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法，其特征在于步驟1.通過后車的超聲波測距儀采集連續(xù)的3次前后兩車的相對距離di、di+1和di+2，2次前后兩車的相對距離采集的時間間隔為Δt，并由前后兩車的相對距離及該相對距離采集時的后車速度得到第一輸入量ds，由3次前后兩車的相對距離di、di+1和di+2、前后車的車速及前后兩車的相對距離采集的時間間隔Δt得到前車的加速度lva并作為第二輸入量，具體方法如下先利用相鄰3次測得的前后兩車的相對距離di、di+1和di+2及時間間隔Δt，得到前車的兩個相鄰實(shí)時速度v0i、v0i+全文摘要一種車輛跟馳運(yùn)動的速度控制方法由3次前后兩車的相對距離、前后車的車速及前后兩車的相對距離采集的時間間隔Δt得到前車的加速度lva并作為第二輸入量。以ds及l(fā)va為模糊控制器的兩個輸入變量，以后車的加速度為模糊控制器的輸出變量fva，ds、lva及fva分別劃分為7個模糊詞集負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，分別用nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb表示，所述的7個模糊詞集的隸屬度函數(shù)取常用三角函數(shù)。模糊控制器的模糊推理規(guī)則采用規(guī)則表歸納出49條規(guī)則；采用最大-最小法，計(jì)算輸出變量fva的模糊集。最后，采用質(zhì)心法，對輸出變量fva的模糊集進(jìn)行解模糊，得到后車加速度。文檔編號B60W30/165GK101264762SQ20081001989公開日2008年9月17日申請日期2008年3月21日優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日發(fā)明者雷張,干柴,珉蔣,韓艷娜申請人:東南大學(xué)