黃思源

（同濟大學 同濟大學中德學院，上海 201804）

汽車自適應(yīng)巡航的間距算法和控制策略

黃思源

Huang Siyuan

（同濟大學 同濟大學中德學院，上海 201804）

基于汽車行駛模型和制動模型，建立汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的間距算法常微分方程組，且給出通用數(shù)值解計算方法?；诖碎g距算法，設(shè)計汽車自適應(yīng)巡航控制的控制策略，將前后兩車間距進行區(qū)域劃分，并設(shè)計各區(qū)域內(nèi)驅(qū)動與制動控制策略。汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)能夠基于間距算法的數(shù)值解，輸出相應(yīng)驅(qū)動或制動數(shù)值指令。

自適應(yīng)巡航控制；間距算法；控制策略；常微分方程；數(shù)值解法；主動避撞

0 引 言

劃分[5]。

通過汽車行駛模型和制動模型，建立基于車間區(qū)域劃分間距算法的常微分方程組，并給出基于常微分方程數(shù)值解法和數(shù)值積分解法的通用數(shù)值求解方法。同時提出汽車自適應(yīng)巡航控制策略，包括ACC系統(tǒng)的啟動方法和主/被動退出方法，不同區(qū)域內(nèi)本車應(yīng)處工況和不同工況內(nèi)本車應(yīng)當采取的驅(qū)動和制動轉(zhuǎn)矩控制策略。

1 ACC系統(tǒng)的間距算法和通用解法

1.1 車速判據(jù)

汽車定速巡航時，行駛總阻力與發(fā)動機或電動機提供的驅(qū)動力平衡，此時車速應(yīng)為前車速度和定速巡航速度中的最小值，即

v=min[v前車，v巡航]

式中，G為汽車重力，N；θ為坡道角度（上坡取正值，下坡取負值），（°）；c為實際道路滾動阻力換算系數(shù)；f0, f1, f4為滾動阻力系數(shù)；v為車速，km/h；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風面積，m2；M為汽車質(zhì)量，kg；δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；Ttq為發(fā)動機或電動機提供的輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；ig為變速器傳動比；i0為主減速器傳動比；ηT為傳動系機械效率；rs為車輪靜力半徑，m。

式（1）中，等號左側(cè)為汽車行駛驅(qū)動力，右側(cè)為汽車行駛總阻力，且各項依次為滾動阻力、空氣阻力和坡度阻力[6]。

1.2 第1車距判據(jù)和數(shù)值解法

考慮兩車間距過小，本車需要緊急制動，此時制動力恒定為ABS系統(tǒng)提供的最大制動力，制動力增大過程中制動減速度為線性，則制動過程滿足下列關(guān)系

2.轉(zhuǎn)變觀念發(fā)揮模范作用。加強思想教育，提高思想認識，徹底轉(zhuǎn)變黨員干部的思想觀念，充分發(fā)揮先鋒模范作用，通過黨建帶團建、帶工青婦。同時，充分調(diào)動老干部的工作積極性，采取以老帶新的方式，對青年干部做好傳幫帶，提高稅收執(zhí)法水平，推動稅收工作向前發(fā)展。

式中，F(xiàn)ABS為ABS系統(tǒng)提供的最大制動力，N；v本車為本車當前速度，m/s；v前車為前車速度，m/s；T1為制動系起作用時間，s；T2為制動力增大時間，s；T3為最大制動力維持時間，s；d為前車和本車初始間距，m。

將式（2）轉(zhuǎn)化為一階常微分方程的初值問題：

將式（11）、（12）代入式（3），最終可求得前車和本車初始間距 d，即為第 1車距判據(jù)的數(shù)值解。

1.3 第2車距判據(jù)和數(shù)值解法

考慮汽車自由滑行降速，此時發(fā)動機或電動機提供的驅(qū)動力和制動系提供的制動力均恒為零，則降速過程滿足下列關(guān)系：

將式（22）、（23）代入式（14），最終可求得前車和本車初始間距d，即為第2車距判據(jù)的數(shù)值解。

2 ACC系統(tǒng)的控制策略

ACC系統(tǒng)啟動方法需首先滿足車速不低于30 km/h，且由駕駛員按鍵啟動進入自適應(yīng)巡航模式。ACC模式的退出方法分為被動退出和主動智能退出，被動退出由駕駛員再次按下按鍵退出自適應(yīng)巡航模式，主動智能退出則是車輛滿足退出條件時自動退出自適應(yīng)巡航模式。ACC模式主動智能退出條件為：當制動踏板踩下速度大于閾值或者當轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角速度大于閾值，視為識別到本車駕駛員的急制動意圖和急轉(zhuǎn)向意圖，此時ACC模式自動退出。

基于間距算法的第1車距判據(jù)、第2車距判據(jù)和車速判據(jù)，將兩車間距由前至后劃分為避撞區(qū)域、制動區(qū)域、降速區(qū)域和加速區(qū)域；ACC模式下的本車相應(yīng)處于緊急制動工況、制動工況、減速工況和加速工況。兩車間距的區(qū)域劃分見圖1。

其中滿足車速判據(jù)時，汽車處于定速巡航（SCC）模式，處于減速和加速工況的臨界狀態(tài)，即定速巡航（SCC）工況。不同工況下的控制策略，以前后兩車車速為輸入，均為采用PID控制方法對汽車制動壓力或輸出轉(zhuǎn)矩進行控制，相應(yīng)分別啟動ABS制動或主動避撞、制動力PID控制、降低輸出轉(zhuǎn)矩PID控制和增大輸出轉(zhuǎn)矩PID控制。

基于間距算法的ACC系統(tǒng)內(nèi)控制策略見流程圖2。

圖2中TD為汽車當前輸出驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，TB為汽車當前輸出制動力矩，S為兩車當前間距，Ttq為車速判據(jù)平衡轉(zhuǎn)矩，S2為第 2車距判據(jù)數(shù)值解，S1為第 1車距判據(jù)數(shù)值解。避撞區(qū)域內(nèi)考慮采取主動避撞策略[7]。

3 算法模型仿真驗證

通過建立 ACC系統(tǒng)間距算法和通用解法的ASCET模型，算法模型能夠計算得到車速判據(jù)的精確解和第1、第2車距判據(jù)的數(shù)值解，再確定本車在當前車距下的應(yīng)處工況，結(jié)合前后車速在應(yīng)處工況內(nèi)，按照ACC系統(tǒng)的PID控制策略調(diào)整汽車的節(jié)氣門開度或電動機輸出轉(zhuǎn)矩，并且向駕駛員給出相應(yīng)的警示信息和報警動作。此外還可通過ASCET平臺開發(fā)ACC系統(tǒng)的整車控制器快速原型且實現(xiàn)C代碼自動生成[8]。

4 結(jié) 論

通過汽車行駛模型和制動模型，推導出車速判據(jù)和第1、第2車距判據(jù)，且給出相應(yīng)常微分方程組的通用數(shù)值求解方法。再基于數(shù)值解劃分前后兩車間的區(qū)域，確定相應(yīng)區(qū)域內(nèi)本車應(yīng)處的工況和工況下車輛驅(qū)動或制動的PID控制方法。通過 ASCET模型的仿真實驗，驗證文中提出的基于間距算法、通用解法和基于PID控制的ACC系統(tǒng)控制策略的可行性和正確性。

[1]魏秋蘭，劉玉清. 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用[J]，農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009，16（6）：57-61.

[2]高峰，李克強，連小珉. 基于人-路一體化的汽車主動避撞安全技術(shù)[C]. 北京汽車工程學會2005學術(shù)年會，2005：119-126.

[3]Shengbo Li，Keqiang Li，Rajesh Rajamani，Jianqiang Wang. Model Predictive Multi-Objective Vehicular Adaptive Cruise Control[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology，2011，19（3）：556-565.

[4]Kangwon Lee. Longitudinal Driver Model and Collision Warning and Avoidance Algorithmus Based on Human Driving Databases[D]. USA：The University of Michigan，2004.

[5]吳志紅，黃思源. 汽車自適應(yīng)巡航控制的間距策略[J]. 科學技術(shù)與工程，2014，14(15):295-299.

[6]余志生. 汽車理論[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[7]邊明遠. 基于緊急變道策略的汽車主動避障安全車距模型[J].重慶理工大學學報（自然科學），2012，26（4）：1-4.

[8]黃思源. 電動汽車整車控制器快速原型開發(fā)[J]. 汽車工程師，2013（11）：36-39.

U463.5.02：U463.67

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2014.06.002

2014-06-18

1002-4581（2014）06-0007-04