雷永富， 趙松嶺， 王紅余， 陶華勝

（奇瑞商用車（安徽） 有限公司， 安徽 蕪湖 241003）

在智能車的運(yùn)動(dòng)控制中，為了保證車輛的舒適性、安全性和穩(wěn)定性，車輛縱向速度的控制是至關(guān)重要的，現(xiàn)有的速度控制大多依據(jù)經(jīng)典的PID控制實(shí)現(xiàn)油門和制動(dòng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)智能車的速度進(jìn)行控制。然而，當(dāng)智能車處于不同行駛模式（加速、勻速、制動(dòng)、緊急制動(dòng)） 工況下，智能車的運(yùn)動(dòng)特性是截然不同的，這就需要針對(duì)不同的行駛模式采用不同的PID調(diào)節(jié)參數(shù)，進(jìn)一步相關(guān)參數(shù)的獲得也并不是十分容易的。反觀現(xiàn)實(shí)中，熟練駕駛員可以依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)不同工況下車輛的高品質(zhì)速度控制。

因此，在智能車的速度控制問(wèn)題中可以充分地借鑒人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善智能車的速度控制品質(zhì)，提高智能車在城市交通環(huán)境下的乘客乘坐舒適度、安全性和穩(wěn)定性。

為解決上述問(wèn)題，本文論述了依據(jù)不同的行駛模式和不同的行駛速度區(qū)間，通過(guò)查詢?cè)诓煌r下的油門和制動(dòng)初值，并通過(guò)實(shí)時(shí)的閉環(huán)微調(diào)，實(shí)現(xiàn)智能車的高品質(zhì)速度控制。具體可以簡(jiǎn)單概括為：①首先根據(jù)前一個(gè)周期檢測(cè)到的加速度進(jìn)行行駛模式判斷，包括：加速、勻速、制動(dòng)、緊急制動(dòng)等4種行駛模式；②將前一個(gè)周期檢測(cè)到的速度劃分到預(yù)先擬定的速度子區(qū)間；③進(jìn)入相應(yīng)的行駛模式控制流程，并依據(jù)速度區(qū)間查詢控制表中的油門和制動(dòng)的控制初始值，并通過(guò)閉環(huán)微調(diào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)行駛模式的速度控制。

1 智能車縱向速度控制器

智能車的縱向速度控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能車縱向速度控制器結(jié)構(gòu)

縱向速度控制器的核心是縱向速度控制方法，其將完成油門、制動(dòng)切換策略分析和控制量計(jì)算等工作，體現(xiàn)到車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)上，構(gòu)成閉環(huán)控制。同時(shí)由正常駕駛員的駕駛習(xí)慣可知，油門控制和制動(dòng)控制在同一時(shí)間只能有一個(gè)產(chǎn)生作用，即：進(jìn)行油門控制時(shí)，制動(dòng)控制量必須為零，制動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作；進(jìn)行制動(dòng)控制時(shí)，油門控制量必須為零，油門控制機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，以免造成運(yùn)動(dòng)干涉?？v向速度控制方法流程如圖2所示。

2 智能車縱向速度控制策略

結(jié)合圖2所提出的方法，各種行駛模式對(duì)應(yīng)的速度控制策略步驟如下。

2.1 行駛模式判斷

若上一工作周期行駛模式為加速，則模式判斷結(jié)果如下。

圖2 智能縱向速度控制流程圖

若上一工作周期行駛模式為勻速，則模式判斷結(jié)果如下。

若上一工作周期行駛模式為制動(dòng)，則模式判斷結(jié)果如下。

若上一工作周期行駛模式為緊急制動(dòng)，則模式判斷結(jié)果如下。

式 （1） ～（4） 中，ka1、ka2、kd1、kd2、kd_h1、kd_h2分別為相應(yīng)的閾值系數(shù)，都為正。ka1反映了規(guī)劃出加速模式的頻繁程度，此值越小，進(jìn)入加速模式的次數(shù)越頻繁，即車輛行駛越激進(jìn)，該值的取值范圍為0.7～1；ka2為與ka1對(duì)應(yīng)的閾值系數(shù)，為保證足夠的緩沖區(qū)域，該值應(yīng)與ka1有一定的偏差；kd2反映了勻速模式能達(dá)到的最小減速度；kd1為與kd2對(duì)應(yīng)的閾值系數(shù)，該值同樣應(yīng)與kd2有一定的偏差，且為了充分利用勻速模式該值不能太小；kd_h1反映了規(guī)劃出的緊急制動(dòng)模式的頻繁程度，同樣也定義了緊急制動(dòng)時(shí)減速度的大??；kd_h1為與kd_h2對(duì)應(yīng)的閾值系數(shù)，該值同樣應(yīng)與kd_h2有一定的偏差，一般取1。

2.2 速度區(qū)間判斷

速度區(qū)間判斷依據(jù)事先定義完成的速度區(qū)間表，該表由現(xiàn)實(shí)智能車平臺(tái)實(shí)驗(yàn)得到，記錄了該平臺(tái)各換擋點(diǎn)的速度，可由式（5） 描述，依據(jù)該表，即可判斷某一速度所在的速度區(qū)間Rυ，如式（6） 所示。

2.3 不同模式下油門和制動(dòng)量的控制量獲取

2.3.1 加速模式

若當(dāng)前模式為加速模式，則進(jìn)入加速模式控制流程，首先根據(jù)當(dāng)前速度所在區(qū)間Rυ查詢加速油門人工控制經(jīng)驗(yàn)初值表，得到該區(qū)間對(duì)應(yīng)的加速油門初值，詳細(xì)地，人工控制經(jīng)驗(yàn)初值表通過(guò)若干個(gè)基于道路試驗(yàn)的油門量統(tǒng)計(jì)得到。

加速油門初值表的查詢過(guò)程可如式（7） 和（8） 所示。

除了油門初值外，還需要再附加一個(gè)油門控制累加量Cgas2加速，一般可以用比例控制得到，用公式表示如下。

兩項(xiàng)相加即可得到加速模式的實(shí)際油門控制量Cgas加速。與此同時(shí)，為了防止油門量變化過(guò)大，需要對(duì)其進(jìn)行飽和處理，如式（10） 所示，既保證了當(dāng)前速度區(qū)間的最終油門量不大于下一速度區(qū)間的油門初值，同時(shí)也保證了車輛在不同速度區(qū)間變化時(shí)油門的連續(xù)。

2.3.2 勻速模式

若當(dāng)前模式為勻速模式，與加速模式類似，首先根據(jù)當(dāng)前速度所在區(qū)間Rυ查詢勻速油門人工控制經(jīng)驗(yàn)初值表Mgas勻速（Rυ），得到該區(qū)間對(duì)應(yīng)的勻速油門初值Cgas1勻速。詳細(xì)地，該表也由若干個(gè)基于道路試驗(yàn)的油門量統(tǒng)計(jì)得到。

同樣地，除了勻速油門初值外，還需要再附加一個(gè)勻速油門控制累加量Cgas2勻速，一般可以用比例控制得到，用公式表示為：

兩項(xiàng)相加即可得到勻速模式的實(shí)際油門控制量。與加速模式一樣，需要對(duì)勻速油門進(jìn)行飽和處理，如式 （12） 所示，既保證了當(dāng)前速度區(qū)間的最終油門量不大于該速度區(qū)間的加速度油門初值，同時(shí)也保證了車輛在勻速、加速模式變化時(shí)油門量的連續(xù)。

2.3.3 制動(dòng)模式

若當(dāng)前模式為制動(dòng)模式，則進(jìn)入制動(dòng)模式控制流程，首先根據(jù)當(dāng)前速度所在區(qū)間Rυ查詢制動(dòng)人工控制經(jīng)驗(yàn)初值表Mbrake制動(dòng)（Rυ），得到該區(qū)間對(duì)應(yīng)的制動(dòng)初值Cbrake1制動(dòng)。詳細(xì)地，該表同樣由若干個(gè)基于道路試驗(yàn)的制動(dòng)量統(tǒng)計(jì)得到。除了制動(dòng)初值外，還需要再附加一個(gè)制動(dòng)控制累加量Cbrake2制動(dòng)，依舊用比例控制得到，用公式表示為：

兩項(xiàng)相加即可得到加速模式的實(shí)際制動(dòng)控制量Cbrake制動(dòng)。為了防止制動(dòng)量變化過(guò)大，對(duì)其進(jìn)行飽和處理，如式（14） 所示，保證了制動(dòng)模式與緊急制動(dòng)模式切換時(shí)制動(dòng)量的連續(xù)性。

2.3.4 緊急制動(dòng)模式

若當(dāng)前模式為緊急制動(dòng)模式，則進(jìn)入緊急制動(dòng)模式控制流程，首先根據(jù)當(dāng)前速度所在區(qū)間Rυ查詢緊急制動(dòng)初值表Mbrake緊急制動(dòng)（Rυ），得到該區(qū)間對(duì)應(yīng)的制動(dòng)初值Cbrake1緊急制動(dòng)。該表同樣通過(guò)道路試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到。除了緊急制動(dòng)初值外，還需要再附加一個(gè)緊急制動(dòng)控制累加量Cbrake2緊急制動(dòng)，用比例控制得到，用公式表示為：

兩項(xiàng)相加即可得到緊急制動(dòng)模式的實(shí)際制動(dòng)控制量Cbrake緊急制動(dòng)。為了防止制動(dòng)量超出制動(dòng)系統(tǒng)控制量的上限，需要對(duì)其進(jìn)行飽和處理，如式（16） 所示。

2.4 獲取的不同模式下油門和制動(dòng)量下發(fā)給油門和制動(dòng)控制系統(tǒng)

將獲取的不同模式下的油門和制動(dòng)量下發(fā)給油門和制動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到控制量對(duì)油門開(kāi)度或制動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后體現(xiàn)到車輛的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，獲得期望的行駛行為和速度，形成閉環(huán)控制。

3 總結(jié)

本文論述的智能車根據(jù)不同行駛模式的縱向速度控制方法不僅具有時(shí)間上的向后預(yù)測(cè)性，同時(shí)也避免加速度的突變問(wèn)題，在控制上充分利用勻速模式小幅度精確控制的特性，實(shí)現(xiàn)加速、勻速、減速之間的平滑過(guò)渡，同時(shí)雙閾值系數(shù)的使用能對(duì)規(guī)劃行駛模式進(jìn)行濾波，避免了其反復(fù)跳變，更加符合駕駛員的駕駛習(xí)慣，在實(shí)現(xiàn)相應(yīng)行駛模式控制的同時(shí)，有效提高乘坐的舒適性和安全便捷性。