目 錄
第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景及意義 .......................................................................................................... 1
1.2 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)概況 .......................................................................................... 2
1.3 自適應(yīng)巡航控制策略研究現(xiàn)狀 .................................................................................. 3
1.3.1 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的安全車距算法 .................................................................... 4
1.3.2 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的控制策略 ............................................................................ 5
1.4 主要研究內(nèi)容 .............................................................................................................. 6
第二章 安全車距算法及模式切換策略研究 .......................................................................... 8
2.1 需求分析 ...................................................................................................................... 8
2.2 ACC 系統(tǒng)安全車距算法設(shè)計(jì) ...................................................................................... 8
2.2.1 CTH 算法分析 .................................................................................................... 9
2.2.2 VTH 算法分析 .................................................................................................... 9
2.2.3 VTH 算法改進(jìn)設(shè)計(jì) .......................................................................................... 10
2.3 基于反應(yīng)車間時(shí)距的模式切換策略設(shè)計(jì) ................................................................ 11
2.4 車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型的建立 .................................................................................... 13
2.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型 ...................................................................................................... 14
2.4.2 液力變矩器模型 .............................................................................................. 16
2.4.3 自動(dòng)變速器模型 .............................................................................................. 17
2.4.4 動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證 .............................................................................................. 18
2.5 車輛逆縱向動(dòng)力學(xué)模型的建立 ................................................................................ 19
2.5.1 驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)切換策略 ......................................................................................... 19
2.5.2 逆發(fā)動(dòng)機(jī)模型 .................................................................................................. 20
2.5.3 逆制動(dòng)系模型 .................................................................................................. 21
2.6 本章小結(jié) .................................................................................................................... 21
第三章 基于變速積分PID 的系統(tǒng)控制策略研究 ................................................................ 23
3.1 PID 控制原理 .............................................................................................................. 23
3.2 變速積分PID 控制策略設(shè)計(jì) .................................................................................... 24
3.2.1 距離控制算法設(shè)計(jì) .......................................................................................... 24

3.2.2 速度控制算法設(shè)計(jì) .......................................................................................... 26
3.2.3 變速積分PID 控制模型實(shí)現(xiàn) .......................................................................... 27
3.3 自適應(yīng)巡航PID 控制仿真分析 ................................................................................ 28
3.3.1 定速巡航模式仿真 .......................................................................................... 28
3.3.2 跟隨控制模式仿真 .......................................................................................... 32
3.4 本章小結(jié) .................................................................................................................... 36
第四章 基于模型預(yù)測控制的系統(tǒng)控制策略研究 ................................................................ 37
4.1 模型預(yù)測控制原理 .................................................................................................... 37
4.2 模型預(yù)測控制算法的數(shù)學(xué)描述 ................................................................................ 38
4.3 MPC 控制策略設(shè)計(jì) .................................................................................................... 40
4.3.1 建立自適應(yīng)巡航預(yù)測模型 .............................................................................. 40
4.3.2 對模型進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化 ...................................................................................... 41
4.3.3 對模型進(jìn)行誤差校正 ...................................................................................... 42
4.4 自適應(yīng)巡航MPC 控制模型實(shí)現(xiàn) .............................................................................. 43
4.5 本章小結(jié) .................................................................................................................... 43
第五章 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)仿真研究 ................................................................................ 45
5.1 ACC 系統(tǒng)聯(lián)合仿真平臺(tái) ............................................................................................ 45
5.1.1 MATLAB/Simulink 與CarSim 實(shí)時(shí)接口 ........................................................ 45
5.1.2 ACC 系統(tǒng)聯(lián)合仿真平臺(tái)建立 .......................................................................... 46
5.2 ACC 系統(tǒng)仿真與分析 ................................................................................................ 46
5.2.1 跟隨前車定速行駛 .......................................................................................... 46
5.2.2 跟隨前車加速行駛 .......................................................................................... 50
5.2.3 跟隨前車減速行駛 .......................................................................................... 55
5.3 本章小結(jié) .................................................................................................................... 60
總結(jié)與展望 .............................................................................................................................. 62
總結(jié) ................................................................................................................................... 62
展望 ................................................................................................................................... 62
參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 64
攻讀學(xué)位期間取得的成果 ...................................................................................................... 68
致謝 .......................................................................................................................................... 69

第一章 緒論
1.1 研究背景及意義
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善，而居民收入的提高也促使消費(fèi)觀念發(fā)生轉(zhuǎn)變，為了出行的方便以及運(yùn)輸?shù)谋憷郊臆囍鸩狡占?，我國汽車保有量也在不斷增長。我國是世界上交通量最大的國家，并且也是道路交通發(fā)展最快、汽車增量最多的國家之一。國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2018 年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，截止到2018 年末，全國民用汽車保有量為24028 萬輛，比上年末增長10.5%。其中民用轎車保有量13451 萬輛，增長10.4%[1]。隨著車輛的增加，隨之而來的交通擁堵、交通安全的問題也變得日益嚴(yán)重，道路交通事故發(fā)生的頻率也越來越高。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017 年全國交通事故總計(jì)發(fā)生有203049 起，而其中汽車交通事故有139412 起，導(dǎo)致共有46817 人死亡，直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá) 103978 萬元?；趪医y(tǒng)計(jì)局發(fā)布2008? 2017十年間的數(shù)據(jù)分析，得到民用汽車保有量和全國汽車交通事故數(shù)量總計(jì)直方圖如下圖1.1和1.2 所示。

汽車交通事故大多數(shù)是由于駕駛員操作失誤造成的，駕駛汽車需要駕駛員時(shí)刻注意各種突發(fā)情況，所以駕駛員需要保持注意力集中的狀態(tài)，而分心、疲勞駕駛和頻繁操作都會(huì)影響駕駛員的注意力[2,3]。駕駛員需要隨時(shí)注意本車和前車的相對距離及前車速度，調(diào)整本車車速。另外日益嚴(yán)重的交通擁堵，迫切需要尋找提高道路交通效率的方法。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control System）能夠?qū)︸{駛員起到積極作用，方便駕駛員駕駛操作，這樣駕駛員在汽車行駛過程中可以放松，不容易造成疲勞，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)還會(huì)提高道路通行率，乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性。所以對于自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的技術(shù)研究也就尤為關(guān)鍵。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistant System）的重要組成部分，其前身是傳統(tǒng)的定速巡航控制系統(tǒng)，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)可以提高汽車的駕駛安全性和乘坐舒適性，并減少汽車對于環(huán)境造成的影響[4,5]。ACC 系統(tǒng)具有傳統(tǒng)定速巡航控制系統(tǒng)的定速巡航功能，同時(shí)通過雷達(dá)等傳感器監(jiān)測前方行駛環(huán)境，計(jì)算本車與前車的相對車速以及相對車距，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度和制動(dòng)輪缸制動(dòng)壓力，把駕駛員從操作加速踏板和制動(dòng)踏板的一系列繁瑣動(dòng)作中解放出來，保證本車對于前車穩(wěn)定的跟車行駛，這樣在提高安全性和舒適性的同時(shí)，可以提高道路的通行能力[6,7]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，ACC 系統(tǒng)控制器和傳感器等汽車電子設(shè)備的升級(jí)以及系統(tǒng)算法的更新和完善，使得ACC 系統(tǒng)對于汽車行駛和制動(dòng)的控制更加精確，也更加安全有效，對系統(tǒng)的普及起到了重要作用。但ACC 系統(tǒng)相較于ABS、ESP 和FCW 等其他駕駛輔助系統(tǒng)，技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用率也比較低[8]。目前ACC 系統(tǒng)研究以主車道目標(biāo)車輛識(shí)別及判斷為主，對于旁車道有并線意圖的車輛預(yù)判研究還不夠深入，對于路口等復(fù)雜工況還不具備通行能力。ACC 系統(tǒng)目前對于城市道路應(yīng)用比較少，主要應(yīng)用在高速路和高架道路等較為簡單道路工況。作為ADAS 的重要組成部分，其對于未來智能交通先進(jìn)系統(tǒng)有很大助益，同時(shí)掌握核心技術(shù)也使我國在智能駕駛領(lǐng)域取得較大發(fā)言權(quán)，ACC 系統(tǒng)無疑具有很大研究價(jià)值和推廣意義。
1.2 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)概況
ACC 系統(tǒng)是從起初的定速巡航系統(tǒng)（Cruise Control System）發(fā)展而來的，利用雷達(dá)等傳感器探測目標(biāo)車輛狀態(tài)，并結(jié)合自車傳感器提供的本車狀態(tài)做出判斷，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度和制動(dòng)輪缸的壓力，實(shí)現(xiàn)定速巡航以及跟車控制，并結(jié)合其他輔助駕駛系統(tǒng)應(yīng)對隨時(shí)產(chǎn)生的突發(fā)情況[9]。ACC 系統(tǒng)正常工作主要由三部分組成。第一部分由傳感器及相對應(yīng)的交通情況，第二部分就是控制器根據(jù)道路環(huán)境、交通情況以及本車狀態(tài)，決定ACC 系統(tǒng)的接下來的運(yùn)行狀況；第三部分則是縱向控制器來決定車輛響應(yīng)速度和控制程度，結(jié)合車輛執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作。由于駕駛員行為很主觀，ACC 系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)的與駕駛員行為相近，給駕駛員提供精準(zhǔn)操作狀態(tài)的反饋信息很重要，駕駛員需要在必要的時(shí)候接管行駛，ACC 系統(tǒng)配備手動(dòng)設(shè)置本車車速和期望行車間距以滿足特別的行駛優(yōu)先權(quán)[10]。

早期ACC 系統(tǒng)只有定速巡航功能，并且是通過機(jī)械裝置將節(jié)氣門開度固定。ACC系統(tǒng)的定速巡航功能引入比例反饋是在上世紀(jì)六十年代后期，這樣可以對節(jié)氣門較為精確地控制。到上個(gè)世紀(jì)八年代，隨著微處理器以及電子元器件的集成和發(fā)展，定速巡航控制系統(tǒng)功能更加完善，穩(wěn)定可靠且容易操作。ACC 系統(tǒng)也逐漸發(fā)展成為具有速度控制和車距控制功能[11,12]。ACC 系統(tǒng)的主要功能是控制汽車按照駕駛員設(shè)定的速度行駛以及跟隨狀態(tài)下按照設(shè)定的行車間距進(jìn)行跟車行駛，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 1.3 所示。

ACC 系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，首先是減輕駕駛員加速和制動(dòng)等操作負(fù)擔(dān)。汽車或按駕駛員預(yù)先設(shè)定的車速定速巡航，或根據(jù)傳感器檢測的前車信息，控制車速和車距來進(jìn)行跟隨行駛。其次是提高乘員的乘坐舒適性。系統(tǒng)控制器對于車速的控制相比較于駕駛員而言，控制車輛行駛更加穩(wěn)定，受環(huán)境條件影響很小，乘員可以直接感受到汽車的穩(wěn)定行駛效果。再者是提高行駛安全性。車載傳感器可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測前方道路信息，在緊急情況下可以直接使制動(dòng)系統(tǒng)起作用，省掉駕駛員反應(yīng)及操作所需要的時(shí)間，避免碰撞或其他交通事故[13]。并且作為ADAS 的一部分，ACC 系統(tǒng)可以與其他輔助系統(tǒng)，諸如ESP、FCW、AEB 和LDW/LKA 等系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，進(jìn)一步提升安全性能[14]。另外，ACC系統(tǒng)可以提高道路的利用率，并且由于對于車速的穩(wěn)定控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于良好運(yùn)行工
況，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少環(huán)境污染。
1.3 自適應(yīng)巡航控制策略研究現(xiàn)狀
ACC 系統(tǒng)是從起初的定速巡航系統(tǒng)發(fā)展而來的，早期定速巡航系統(tǒng)只是采用機(jī)械裝置，將節(jié)氣門控制在固定位置從而來控制速度。上世紀(jì)六十年代后期，定速巡航控制開始引入比例反饋，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度較為精確的控制。到了七十年代，開始逐步對汽車加速踏板開度和制動(dòng)壓力進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)本車與前車保持一定的行車間距并且保持與前車相對車速控制。從八十年代開始，德國戴姆勒和寶馬公司，以及美國的福特、通用等公司開始將ACC 系統(tǒng)作為主要研發(fā)方向之一，ACC 系統(tǒng)的控制策略也逐漸完善[15,16]。與國外的研究成果相比，我國在ACC 系統(tǒng)研究方面的科研成果較少，還沒有比較完備且獨(dú)立成熟的技術(shù)。

第二章 安全車距算法及模式切換策略研究

2.1 需求分析
自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)通常以良好的跟車性能為需求，但是在控制過程中太過精確的車速跟蹤以及車距保持并不一定有利，良好的跟車性能往往伴隨著乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性的惡化。而如果放寬對跟車性能的要求追求燃油經(jīng)濟(jì)性，則意味著本車加速度的降
低，會(huì)使前車切入頻繁并降低跟車安全性。因此，本文定義功能需求如下：
（1）跟車性
以跟車行駛為基本功能，在前車穩(wěn)定行駛工況中，車距和相對車速趨于零。在前車動(dòng)態(tài)行駛工況中，為避免車距較大帶來的旁車切入以及車距較小引起的駕駛員干涉，車距和相對車速應(yīng)處于駕駛員允許誤差范圍。在前車緊急制動(dòng)工況中，為避免追尾碰撞事故的發(fā)生，車距應(yīng)處于安全車距內(nèi)。
（2）舒適性
對于舒適性，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)應(yīng)符合跟車特性有：駕駛員期望車距特性；駕駛員動(dòng)態(tài)跟車特性，也就是前車加減速過程中，保證系統(tǒng)控制特性與駕駛員的動(dòng)態(tài)跟車特性相似，盡量減小本車運(yùn)動(dòng)軌跡與期望軌跡的誤差；符合駕駛員縱向乘坐舒適性標(biāo)準(zhǔn)，也就是本車縱向加減速運(yùn)動(dòng)要舒緩。而處于控制過程中，盡量使本車加減速以及制動(dòng)舒緩，還可以在一定程度上提高汽車行駛過程的燃油經(jīng)濟(jì)性。
2.2 ACC 系統(tǒng)安全車距算法設(shè)計(jì)
安全車距模型在自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)中是非常重要的，汽車的行駛安全性、道路利用率、交通流和車隊(duì)穩(wěn)定性及駕駛員接受度，都受到安全車距模型直接影響。安全車距設(shè)計(jì)較大會(huì)使道路利用率低，汽車的行駛安全雖然可以得到保證，但旁車道其他汽車切入本車前方。如果安全車距設(shè)計(jì)較小可以提高道路的利用率，但對汽車控制效果要求比較高，會(huì)使駕駛員感到緊張，制動(dòng)作用時(shí)間以及駕駛員所需要的反應(yīng)時(shí)間不夠充足，容易造成交通事故。所以選擇和設(shè)計(jì)合理的安全車距模型至關(guān)重要，這會(huì)直接決定ACC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能。
安全車距模型大致可分為兩類，固定安全距離模型和可變安全距離模型。汽車行駛時(shí)其安全距離與本車車速和道路環(huán)境無關(guān)，安全距離保持不變，即為固定安全距離模型。這種安全車距模型簡單且容易實(shí)現(xiàn)，但不能滿足實(shí)際工況需求。而進(jìn)一步可變安全距離模型，此種算法主要就是基于車間時(shí)距（Time Headway）設(shè)計(jì)的，基本上可分為固定車間時(shí)距CTH （ Constant Time Headway ） 和可變車間時(shí)距VTH （ Variable TimeHeadway）兩種[46,47]。

2.3 基于反應(yīng)車間時(shí)距的模式切換策略設(shè)計(jì)
在駕駛員駕駛汽車在道路上行駛時(shí)，如果前車較遠(yuǎn)，駕駛員會(huì)保持穩(wěn)定車速行駛而不會(huì)受到前車影響。當(dāng)前車速度小于本車速度，駕駛員駕駛汽車逐漸接近前車到一定距離，車輛減速到接近前車速度，之后和前車保持一定距離行駛。但是在現(xiàn)有的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)中，沒有定量的指標(biāo)來描述本車什么時(shí)候做出反應(yīng)，比如減速或加速動(dòng)作，因此需要對自適應(yīng)巡航汽車的反應(yīng)間距做一個(gè)界定。
當(dāng)自適應(yīng)巡航汽車在反應(yīng)間距外，本車根據(jù)設(shè)定的巡航速度行駛，而當(dāng)本車處于反應(yīng)間距內(nèi)，ACC 系統(tǒng)切換到跟隨控制模式，本車開始進(jìn)行加速或減速的動(dòng)作直到穩(wěn)定跟隨前車。如果反應(yīng)間距是固定值，則不能兼顧當(dāng)前行駛環(huán)境和前后車行駛狀態(tài)，因此提出反應(yīng)車間時(shí)距的概念，則反應(yīng)間距可表達(dá)如下：

2.4 車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型的建立
建立車輛動(dòng)力學(xué)模型主要考慮就是模型精度問題，建立模型太過復(fù)雜，系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)處理的時(shí)間就會(huì)增加，這樣對仿真實(shí)時(shí)性產(chǎn)生較大影響，而建立模型太過簡單又會(huì)影響仿真結(jié)果。所以建立的動(dòng)力學(xué)模型首先要考慮滿足仿真要求，然后再盡量簡化所建立的模型。對于動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)成主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)模型，液力變矩器模型和自動(dòng)變速器模型等，接下來建立汽車的動(dòng)力學(xué)模型。
為了有效驗(yàn)證所開發(fā)的控制策略算法，需要使所建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型有足夠的精度和準(zhǔn)確性。在開發(fā)過程中往往以商業(yè)化車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件為平臺(tái)，這樣保證車輛動(dòng)力學(xué)模型精度的同時(shí)，可以盡量縮短所開發(fā)的策略算法開發(fā)時(shí)間。本文通過以美國公司Mechanical Simulation Corporation 推出的動(dòng)力學(xué)仿真軟件CarSim 為平臺(tái)，建立車輛動(dòng)力學(xué)模型，聯(lián)合所開發(fā)的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析。CarSim 軟件源于密歇根大學(xué)交通運(yùn)輸研究所（UMTRI），提供全面的ADAS 開發(fā)環(huán)境，交通場景配置豐富且傳感器設(shè)置靈活，可以仿真模擬車輛對道路參數(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及駕駛員設(shè)定參數(shù)的響應(yīng)，還可以對MATLAB /Simulink 開發(fā)的控制策略算法進(jìn)行聯(lián)合仿真。CarSim軟件已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真，目前絕大多數(shù)的主機(jī)廠、零部件供應(yīng)商以及院校和科研機(jī)構(gòu)，均采用CarSim 軟件進(jìn)行有關(guān)方面研究。

第三章 基于變速積分PID 的系統(tǒng)控制策略研究

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)需要保證本車與前車的安全距離，并以合理的速度行駛。在設(shè)計(jì)過程要考慮到安全性，良好的跟蹤性能以及舒適性。傳統(tǒng)的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制策略一般都是采用經(jīng)典控制輸出，參數(shù)化時(shí)序安排以及PID 控制等。本章基于變速積分PID 控制對自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制策略進(jìn)行研究。
3.1 PID 控制原理
PID 控制由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)構(gòu)成，這三者分別對應(yīng)當(dāng)前誤差，過去累計(jì)誤差和將來誤差，其對被控對象進(jìn)行控制是通過三者的線性累加。比例環(huán)節(jié)成比例地反映系統(tǒng)的偏差信號(hào)，積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，但容易在初期產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。微分環(huán)節(jié)則可以減弱系統(tǒng)的超調(diào)趨勢，并提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并且參數(shù)選擇正確可以增加相位裕度，這有利于減小振蕩，穩(wěn)定并改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能[50,51]。PID 控制原理結(jié)構(gòu)圖如下所示：

3.2?變速積分PID 控制模型實(shí)現(xiàn)
當(dāng)前對于電控系統(tǒng)建立模型，以及對于控制策略算法的開發(fā)，大多數(shù)的工程人員都選擇基于模型開發(fā)的MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境，MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境具備圖形化建模與數(shù)值計(jì)算的功能于一體，并且此開發(fā)環(huán)境與許多車輛仿真軟件都具有很好的兼容性，利用MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境可以輔助工程人員較為高效地建立復(fù)雜的汽車動(dòng)力學(xué)模型，并且還可以輔助工程人員開發(fā)出控制策略算法，以及將所建立的復(fù)雜汽車動(dòng)力學(xué)模型和控制策略算法與其他軟件進(jìn)行連接，提高研究開發(fā)人員對于控制策略算法開發(fā)的效率。本章以MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境為基礎(chǔ)，對自適應(yīng)巡航PID 控制策略算法進(jìn)行搭建與開發(fā)。最終得到自適應(yīng)巡航系統(tǒng)PID 控制器如下圖3.2 所示。

由圖3.2 可知，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)PID 控制器主要由四個(gè)模塊構(gòu)成：“Cruise Control Module”、“Safety Distance Module”、“Relative Velocity Module”以及“Processing Module”。分別控制前方有目標(biāo)車輛的定速巡航控制，跟隨前車時(shí)安全車距判別及保持、車速控制，以及最后的對三種信息的綜合處理達(dá)到對本車的有效控制。最終的基于PID 控制的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)如圖3.3 所示。

3.3 自適應(yīng)巡航PID 控制仿真分析
本節(jié)將基于MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境所開發(fā)的自適應(yīng)巡航PID 控制策略算法模型，與車輛動(dòng)力學(xué)分析平臺(tái)CarSim 軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，圖3.3 為搭建的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型。利用CarSim 軟件中的車輛模型以及配置的傳感器，并根據(jù)相應(yīng)的測試功能需求設(shè)置自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)典型仿真工況，在CarSim 動(dòng)力學(xué)軟件中搭建測試用例，依據(jù)最后的結(jié)果曲線以及動(dòng)畫演示，對所開發(fā)的自適應(yīng)巡航PID 控制策略算法模型進(jìn)行分析。
3.3.1 定速巡航模式仿真
本小節(jié)主要進(jìn)行所設(shè)計(jì)的PID 控制策略算法模型在前方?jīng)]有目標(biāo)車輛，本車定速巡航工況在進(jìn)行仿真分析。搭建仿真測試用例為：首先設(shè)定靜止時(shí)兩車之間的最小保持距離min d 為5m，設(shè)定車間時(shí)距th1、th2、th3 為1s，0.04s 和0。設(shè)定本車的初始速度為0，從原地啟動(dòng)并加速到預(yù)設(shè)巡航速度60km/h、90km/h，并進(jìn)行定速巡航，仿真測試時(shí)間設(shè)置為80s。仿真結(jié)果如下：

圖3.4- 3.7 分別表示了定速巡航工況下，本車從原地起步加速到設(shè)定的巡航車速60km/h 和90km/h 的速度和加速度曲線。定速巡航工況是指當(dāng)本車前方?jīng)]有車輛時(shí)，或目標(biāo)車輛不在本車傳感器探測范圍內(nèi)時(shí)，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)按照設(shè)置的巡航車速以及車間時(shí)距對速度控制的行駛工況。從仿真圖可以看出，本車達(dá)到預(yù)定的巡航車速60km/h 的調(diào)整時(shí)間為10s，達(dá)到預(yù)定的巡航車速90km/h 的調(diào)整時(shí)間為15s，響應(yīng)迅速且平穩(wěn)過渡到預(yù)定車速，基本符合正常的駕駛情形，在調(diào)整時(shí)間的加速度沒有超過預(yù)設(shè)的最大加速度限值2m/s2，不會(huì)因?yàn)楸拒嚨募铀俣冗^大，從而給駕駛員和乘員帶來不舒適的感覺，控制效果還是比較理想的。
進(jìn)一步分析，自適應(yīng)巡航車輛在高速向低速巡航車速調(diào)整時(shí)的功能，設(shè)定本車的初始速度為120km/h，減速到預(yù)設(shè)巡航速度60km/h、90km/h，并進(jìn)行定速巡航，仿真測試時(shí)間設(shè)置為80s。

3.4 本章小結(jié)
本章對自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制策略進(jìn)行了研究，采用變速積分PID 控制，在MATLAB/Simulink 開發(fā)環(huán)境中建立了自適應(yīng)巡航PID 控制策略算法，并以第二章搭建的車輛動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，對本章建立的PID 控制策略算法進(jìn)行MATLAB/Simulink 與CarSim 聯(lián)合仿真研究。分別在定速巡航和跟隨控制模式下，對PID 控制策略算法進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果顯示自適應(yīng)巡航PID 控制在定速巡航模式中具有響應(yīng)迅速、超調(diào)量小的優(yōu)點(diǎn)，但是跟隨控制模式復(fù)雜工況下控制效果不夠理想，很難做到穩(wěn)定跟車，故本文考慮在自適應(yīng)巡航系統(tǒng)跟隨控制模式的控制中采用MPC 方法。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-695345.html

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