劉儒，孫玲，石晶

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

前言

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的定速巡航系統(tǒng)上升級(jí)而來(lái)的，可很大程度上減輕駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)，提高駕駛安全性和行車(chē)舒適性[1]。在ADAS 縱向控制領(lǐng)域ACC 系統(tǒng)是被研究的最多的，ACC 系統(tǒng)通過(guò)控制制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)能夠有效的減小駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)、避免了因錯(cuò)誤操作或者個(gè)人疏忽造成的惡性交通事故，提高道路的利用率，保證駕駛安全[2]。

1 ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由中華V3 駕駛模擬系統(tǒng)、主控PC、RT系統(tǒng)、快速原型控制器及管理PC 組成。

圖1 ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物

如圖1 所示為ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物圖，左側(cè)為中華V3 駕駛模擬系統(tǒng)，中間是RT 系統(tǒng)、快速原型控制器，右側(cè)為主控PC，管理PC。

2 ACC 系統(tǒng)組成

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)ACC 是利用車(chē)載雷達(dá)、車(chē)上各種傳感器采集到的信息，經(jīng)過(guò)整車(chē)電子控制單元（ECU）經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算分析，自動(dòng)調(diào)整本車(chē)的行駛速度，保證本車(chē)與前方目標(biāo)車(chē)輛能夠保持穩(wěn)定的安全距離[3]。所以ACC 既有自動(dòng)巡航功能，又有防止前向撞擊功能。如圖2 所示，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)分為采集信息單元、控制單元（具體可分為上層控制器和下層控制器）和執(zhí)行單元。通過(guò)車(chē)載雷達(dá)及傳感器實(shí)時(shí)采集信息，整車(chē)電子控制單元（ECU）處理并分析以上信息，判斷出本車(chē)下一步的行駛狀態(tài)，并發(fā)出指令給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制器或制動(dòng)控制器，最后由相應(yīng)的加速或制動(dòng)控制器來(lái)控制車(chē)輛的加速或制動(dòng)。

圖2 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 軟件聯(lián)合仿真

ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用CarSim2018 軟件和MATLAB/ Simulink 的聯(lián)合仿真。

CarSim 是一種專(zhuān)業(yè)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件，能準(zhǔn)確模擬車(chē)輛對(duì)駕駛員操作行為、空氣動(dòng)力學(xué)以及路面激勵(lì)的響應(yīng)。 在車(chē)輛操縱穩(wěn)定性、平順性、燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[4]。

Simulink 是MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中[5]。

首先在CarSim 中設(shè)置車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，并設(shè)置所需的路面情況，包括道路線型及目標(biāo)車(chē)輛等，還需設(shè)置加速、制動(dòng)、虛擬雷達(dá)等的輸入輸出接口。并在Simulink 中搭建所需的控制策略及相應(yīng)的控制算法，并加載到相應(yīng)的上下層控制器中，即實(shí)時(shí)系統(tǒng)和快速原型控制器。設(shè)置快速原型控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的CAN 通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)接口的映射，實(shí)現(xiàn)仿真。如圖3 為自適應(yīng)巡航實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

圖3 自適應(yīng)巡航實(shí)驗(yàn)過(guò)程（前方出現(xiàn)車(chē)輛）

其具體開(kāi)發(fā)流程可以描述為：

（1）在 CarSim 和Simulink 環(huán)境下進(jìn)行參數(shù)化建模；

（2）在 CarSim 與 Simulink 的聯(lián)合仿真的環(huán)境下進(jìn)行 ACC 控制器的開(kāi)發(fā)和調(diào)試；

（3）將 ACC 控制器算法加載到實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，并完成仿真實(shí)車(chē)試驗(yàn)。

4 在環(huán)仿真

將設(shè)計(jì)好的上層控制器中的控制策略及間距控制算法加載到實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加速度控制算法加載至快速原型控制器中。

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，CarSim 設(shè)置相應(yīng)的模擬場(chǎng)景和模擬仿真車(chē)輛的激光雷達(dá)。雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛前方車(chē)輛情況，將車(chē)輛前方車(chē)輛距離及速度和車(chē)輛動(dòng)力學(xué)信號(hào)經(jīng)上層控制器計(jì)算傳遞給快速原型控制器，即下層控制器，快速原型控制器經(jīng)過(guò)一系列的控制策略和控制算法傳遞給駕駛模擬器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制駕駛模擬器的制動(dòng)、加速系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)ACC 的功能，達(dá)到ADAS 系統(tǒng)要求。

5 結(jié)論

本文根據(jù)將 ACC 控制策略及算法通過(guò) MATLAB/ Simulink 建模并加載到ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，運(yùn)用Carsim 作為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)ACC 系統(tǒng)的仿真，并提供了虛擬實(shí)車(chē)驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)，為能夠?qū)崿F(xiàn) ADAS 的控制策略仿真打下基礎(chǔ)。