黃思源

（同濟大學 同濟大學中德學院，上海 201804）

汽車自適應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，建立汽車自適應巡航系統(tǒng)的間距算法常微分方程組，且給出通用數值解計算方法?；诖碎g距算法，設計汽車自適應巡航控制的控制策略，將前后兩車間距進行區(qū)域劃分，并設計各區(qū)域內驅動與制動控制策略。汽車自適應巡航系統(tǒng)能夠基于間距算法的數值解，輸出相應驅動或制動數值指令。

自適應巡航控制；間距算法；控制策略；常微分方程；數值解法；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值解法和數值積分解法的通用數值求解方法。同時提出汽車自適應巡航控制策略，包括ACC系統(tǒng)的啟動方法和主/被動退出方法，不同區(qū)域內本車應處工況和不同工況內本車應當采取的驅動和制動轉矩控制策略。

1 ACC系統(tǒng)的間距算法和通用解法

1.1 車速判據

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動力平衡，此時車速應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；f0, f1, f4為滾動阻力系數；v為車速，km/h；CD為空氣阻力系數；A為迎風面積，m2；M為汽車質量，kg；δ 為汽車旋轉質量換算系數；Ttq為發(fā)動機或電動機提供的輸出轉矩，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，等號左側為汽車行駛驅動力，右側為汽車行駛總阻力，且各項依次為滾動阻力、空氣阻力和坡度阻力[6]。

1.2 第1車距判據和數值解法

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系

2.轉變觀念發(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，FABS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車距判據的數值解。

1.3 第2車距判據和數值解法

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車距判據的數值解。

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向盤轉角速度大于閾值，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、第2車距判據和車速判據，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矩進行控制，相應分別啟動ABS制動或主動避撞、制動力PID控制、降低輸出轉矩PID控制和增大輸出轉矩PID控制。

基于間距算法的ACC系統(tǒng)內控制策略見流程圖2。

圖2中TD為汽車當前輸出驅動轉矩，TB為汽車當前輸出制動力矩，S為兩車當前間距，Ttq為車速判據平衡轉矩，S2為第 2車距判據數值解，S1為第 1車距判據數值解。避撞區(qū)域內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的精確解和第1、第2車距判據的數值解，再確定本車在當前車距下的應處工況，結合前后車速在應處工況內，按照ACC系統(tǒng)的PID控制策略調整汽車的節(jié)氣門開度或電動機輸出轉矩，并且向駕駛員給出相應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C代碼自動生成[8]。

4 結 論

通過汽車行駛模型和制動模型，推導出車速判據和第1、第2車距判據，且給出相應常微分方程組的通用數值求解方法。再基于數值解劃分前后兩車間的區(qū)域，確定相應區(qū)域內本車應處的工況和工況下車輛驅動或制動的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. 自適應巡航系統(tǒng)在汽車中的應用[J]，農業(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[C]. 北京汽車工程學會2005學術年會，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. 汽車自適應巡航控制的間距策略[J]. 科學技術與工程，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