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 241000）

1 研究背景

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，我國的人車數(shù)量呈井噴式增長。隨著汽車數(shù)量的增加，交通事故越發(fā)頻繁，傷及的人數(shù)、損失的財(cái)物也成倍增加。2012年，據(jù)衛(wèi)生部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，死于機(jī)動車輛交通事故的人員多達(dá)166906人，是10年前的兩倍多。而國家統(tǒng)計(jì)局給出的交通事故發(fā)生總數(shù)為196812例，事故直接財(cái)產(chǎn)損失則達(dá)到107543萬元 （數(shù)據(jù)來源：中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒）。研究表明：事故發(fā)生的主因在于疲勞駕駛，其是導(dǎo)致交通事故的重大隱患，此外，汽車數(shù)量劇增的同時(shí)，交通堵塞問題更加嚴(yán)重。目前，交通堵塞已成為全球各大城市的“通病”，道路通行效率的降低給世界各國帶來了慘重的損失。

為解決上述問題，當(dāng)前各大汽車生產(chǎn)主機(jī)廠在中高端車型上都搭載了縱向速度控制系統(tǒng)。目前市場上應(yīng)用最廣泛、技術(shù)較成熟的兩款縱向控制系統(tǒng)是ACC（自適應(yīng)巡航控制）系統(tǒng)和CA（避撞控制）系統(tǒng)，它們是將車輛自動駕駛縱向控制系統(tǒng)的功能具體化，突出不同的性能指標(biāo)而形成的兩個(gè)典型系統(tǒng)。

定速巡航控制系統(tǒng)以自車速度控制為主，可使車輛保持預(yù)設(shè)速度穩(wěn)定行駛。①ACC是定速巡航控制系統(tǒng)的延伸，當(dāng)雷達(dá)探測到低于前車時(shí)，ACC系統(tǒng)會從速度控制轉(zhuǎn)換為距離控制，通過控制節(jié)氣門或者制動器，保持安全距離跟隨前車行駛。ACC系統(tǒng)將駕駛員從疲勞駕駛中釋放出來，更多地考慮了駕乘舒適性。②CA系統(tǒng)，在前方無其他車輛時(shí)，也是進(jìn)行速度控制，維持恒定速度行駛。當(dāng)前方發(fā)現(xiàn)車輛，已設(shè)定速度不能安全行駛時(shí)，CA系統(tǒng)將向駕駛員發(fā)出警告；當(dāng)前車緊急制動或前方發(fā)生交通事故，駕駛員來不及應(yīng)對，CA系統(tǒng)將控制制動器進(jìn)行自動制動，避免發(fā)生碰撞事故?？偟膩碚f，CA系統(tǒng)優(yōu)先考慮安全性，以間距控制為主。以上兩款系統(tǒng)的共同點(diǎn)可知，車輛自動駕駛縱向控制系統(tǒng)就是通過自動控制器，實(shí)現(xiàn)車輛縱向運(yùn)動的控制，關(guān)鍵技術(shù)包括：車輛速度控制和車輛間距控制。

本文兼有上述兩種系統(tǒng)的功能，能夠根據(jù)行駛過程中所遇到的工況，自主實(shí)現(xiàn)多模式切換，實(shí)現(xiàn)車輛速度和車距的控制，提出地控制策略可完成巡航模式、接近模式、跟車模式和避撞模式的切換控制，以分別實(shí)現(xiàn)對設(shè)定速度的跟隨、平穩(wěn)接近前車、安全跟車行駛和主動避撞。它對危險(xiǎn)工況的響應(yīng)速度快，避撞控制精確、有效，可最大限度避免事故發(fā)生、減輕人員傷亡；保證行駛安全的前提下縮短車間距離，可有效提高道路通行率；自動駕駛代替駕駛員操控車輛，可緩解駕駛疲勞，也有助于減少因駕駛疲勞而引發(fā)的交通事故。

通常環(huán)境復(fù)雜，駕駛員駕車隨機(jī)性大，因此，車輛在道路上行駛可能會遇到各樣的行駛工況，總結(jié)起來可以分為6種工況：巡航行駛工況、接近前車工況、跟車行駛工況、目標(biāo)車切入工況、目標(biāo)車切出工況、避撞工況，如圖1所示。

通過對實(shí)際行駛工況進(jìn)行分析，目標(biāo)車切入工況可按照兩車速度、間距和加速度的不同情況分別納入接近前車工況、跟車行駛工況或避撞工況。而目標(biāo)車切出后，主車可以過渡到巡航行駛工況、接近前車工況、跟車行駛工況或避撞工況。因此，本專利將縱向控制系統(tǒng)的工作模式劃分為巡航模式、接近模式、跟車模式和避撞模式，并分別制定了各模式的控制策略和模式切換控制邏輯。

圖1 車輛縱向行駛工況示意圖

圖2 定速巡航模式控制框圖

2 工作模式

2.1 巡航模式

巡航模式以駕駛員預(yù)先設(shè)定的巡航車速為控制目標(biāo)，以速度誤差為控制變量，最終實(shí)現(xiàn)車輛以巡航車速穩(wěn)定行駛。充分考慮駕乘人員對舒適性的需求，以駕駛員模型為基礎(chǔ)，并采用模糊理論進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)。定速巡航模式控制框圖如圖2所示。

2.2 接近模式

車輛處于巡航模式，當(dāng)車載雷達(dá)在有效探測距離內(nèi)發(fā)現(xiàn)低速目標(biāo)車，為了符合駕駛員操縱習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地靠近前車，并過渡到跟車行駛模式，系統(tǒng)將自動進(jìn)入接近模式。此工況下，主車速度大于目標(biāo)車速度，車間距離大于安全跟車距離，從駕駛員模型考慮，接近模式的控制策略就是利用速度差平衡距離差，最終使速度差和距離差都趨近于零。接近模式示意圖如圖3所示。

2.3 跟車模式

跟車模式以安全跟車距離Dsafe為控制目標(biāo)，以速度誤差Verror和距離誤差Derror為控制變量，最終保持Dsafe穩(wěn)定跟隨目標(biāo)車行駛。穩(wěn)定跟車行駛過程，突遇危險(xiǎn)情況，駕駛員可轉(zhuǎn)向避撞；如果駕駛員沒有采取任何操作，自動控制系統(tǒng)將車進(jìn)入避撞模式進(jìn)行車輛控制。而在一般行駛情況下，車輛處于安全行駛環(huán)境，在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)可兼顧駕乘舒適性。本文采用模糊理論進(jìn)行控制策略設(shè)計(jì)。跟車行駛模式控制框圖如圖4所示。

2.4 避撞模式

行駛過程突遇危險(xiǎn)情況，比如跟車行駛過程中前車緊急剎停；或兩相鄰車道低速車輛切入同一車道，兩車速度差極大，車間距離非常小。這種危險(xiǎn)行駛工況下，駕駛員可以采取轉(zhuǎn)向避撞或自行實(shí)施強(qiáng)力制動避撞。但是，如果駕駛員反應(yīng)慢或者根本沒有采取避撞措施，勢必會發(fā)生追尾。而裝載縱向控制系統(tǒng)的車輛，以駕駛員模型為基礎(chǔ)，進(jìn)入避撞模式，根據(jù)兩車之間的相對距離實(shí)施制動控制，最大限度降低事故發(fā)生率和人員傷害。控制策略表述如下。

圖3 接近模式示意圖

圖4 跟車行駛模式控制框圖

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2.5 總體控制策略

本文提及的多模式控制系統(tǒng)總共包括4種控制模式，實(shí)施過程中以兩車相對距離Dr、安全跟車距離Dsafe、避撞距離Dbrake、目標(biāo)車速度Vt、主車設(shè)定速度Vset、主車實(shí)際速度Vs、前車加速度at等參數(shù)為邏輯判斷依據(jù)，以車輛間距的區(qū)域劃分為基礎(chǔ)，制定如下的控制邏輯執(zhí)行過程，詳細(xì)的流程圖如圖6所示。

圖5 車輛間距的區(qū)域劃分

3 總結(jié)

本文將縱向控制系統(tǒng)的工作模式劃分為巡航模式、接近模式、跟車模式和避撞模式，并分別論述了各模式的控制策略，來實(shí)現(xiàn)綜合的多模式切換縱向控制。能夠根據(jù)行駛過程中所遇到的工況，自主地實(shí)現(xiàn)多模式切換，實(shí)現(xiàn)車輛的速度和車距的控制?？删徑怦{駛疲勞，也有助于減少因駕駛疲勞而引發(fā)的交通事故。

圖6 控制邏輯執(zhí)行過程