汽車自適應(yīng)巡航的間距算法和控制策略

黃思源

（同濟(jì)大學(xué) 同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院，上海 201804）

汽車自適應(yīng)巡航的間距算法和控制策略

黃思源

Huang Siyuan

（同濟(jì)大學(xué) 同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院，上海 201804）

基于汽車行駛模型和制動(dòng)模型，建立汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的間距算法常微分方程組，且給出通用數(shù)值解計(jì)算方法。基于此間距算法，設(shè)計(jì)汽車自適應(yīng)巡航控制的控制策略，將前后兩車間距進(jìn)行區(qū)域劃分，并設(shè)計(jì)各區(qū)域內(nèi)驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制策略。汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)能夠基于間距算法的數(shù)值解，輸出相應(yīng)驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)數(shù)值指令。

自適應(yīng)巡航控制；間距算法；控制策略；常微分方程；數(shù)值解法；主動(dòng)避撞

0 引 言

劃分[5]。

通過汽車行駛模型和制動(dòng)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(shù)值解法和數(shù)值積分解法的通用數(shù)值求解方法。同時(shí)提出汽車自適應(yīng)巡航控制策略，包括ACC系統(tǒng)的啟動(dòng)方法和主/被動(dòng)退出方法，不同區(qū)域內(nèi)本車應(yīng)處工況和不同工況內(nèi)本車應(yīng)當(dāng)采取的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)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(jù)

汽車定速巡航時(shí)，行駛總阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力平衡，此時(shí)車速應(yīng)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(fù)值），（°）；c為實(shí)際道路滾動(dòng)阻力換算系數(shù)；f0, f1, f4為滾動(dòng)阻力系數(shù)；v為車速，km/h；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積，m2；M為汽車質(zhì)量，kg；δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)提供的輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；ig為變速器傳動(dòng)比；i0為主減速器傳動(dòng)比；ηT為傳動(dòng)系機(jī)械效率；rs為車輪靜力半徑，m。

式（1）中，等號(hào)左側(cè)為汽車行駛驅(qū)動(dòng)力，右側(cè)為汽車行駛總阻力，且各項(xiàng)依次為滾動(dòng)阻力、空氣阻力和坡度阻力[6]。

1.2 第1車距判據(jù)和數(shù)值解法

考慮兩車間距過小，本車需要緊急制動(dòng)，此時(shí)制動(dòng)力恒定為ABS系統(tǒng)提供的最大制動(dòng)力，制動(dòng)力增大過程中制動(dòng)減速度為線性，則制動(dòng)過程滿足下列關(guān)系

2.轉(zhuǎn)變觀念發(fā)揮模范作用。加強(qiáng)思想教育，提高思想認(rèn)識(shí)，徹底轉(zhuǎn)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(tuán)建、帶工青婦。同時(shí)，充分調(diào)動(dòng)老干部的工作積極性，采取以老帶新的方式，對(duì)青年干部做好傳幫帶，提高稅收?qǐng)?zhí)法水平，推動(dòng)稅收工作向前發(fā)展。

式中，F(xiàn)ABS為ABS系統(tǒng)提供的最大制動(dòng)力，N；v本車為本車當(dāng)前速度，m/s；v前車為前車速度，m/s；T1為制動(dòng)系起作用時(shí)間，s；T2為制動(dòng)力增大時(shí)間，s；T3為最大制動(dòng)力維持時(shí)間，s；d為前車和本車初始間距，m。

將式（2）轉(zhuǎn)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(jù)的數(shù)值解。

1.3 第2車距判據(jù)和數(shù)值解法

考慮汽車自由滑行降速，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)系提供的制動(dòng)力均恒為零，則降速過程滿足下列關(guān)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(jù)的數(shù)值解。

2 ACC系統(tǒng)的控制策略

ACC系統(tǒng)啟動(dòng)方法需首先滿足車速不低于30 km/h，且由駕駛員按鍵啟動(dòng)進(jìn)入自適應(yīng)巡航模式。ACC模式的退出方法分為被動(dòng)退出和主動(dòng)智能退出，被動(dòng)退出由駕駛員再次按下按鍵退出自適應(yīng)巡航模式，主動(dòng)智能退出則是車輛滿足退出條件時(shí)自動(dòng)退出自適應(yīng)巡航模式。ACC模式主動(dòng)智能退出條件為：當(dāng)制動(dòng)踏板踩下速度大于閾值或者當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角速度大于閾值，視為識(shí)別到本車駕駛員的急制動(dòng)意圖和急轉(zhuǎn)向意圖，此時(shí)ACC模式自動(dòng)退出。

基于間距算法的第1車距判據(jù)、第2車距判據(jù)和車速判據(jù)，將兩車間距由前至后劃分為避撞區(qū)域、制動(dòng)區(qū)域、降速區(qū)域和加速區(qū)域；ACC模式下的本車相應(yīng)處于緊急制動(dòng)工況、制動(dòng)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(jù)時(shí)，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(duì)汽車制動(dòng)壓力或輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，相應(yīng)分別啟動(dòng)ABS制動(dòng)或主動(dòng)避撞、制動(dòng)力PID控制、降低輸出轉(zhuǎn)矩PID控制和增大輸出轉(zhuǎn)矩PID控制。

基于間距算法的ACC系統(tǒng)內(nèi)控制策略見流程圖2。

圖2中TD為汽車當(dāng)前輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，TB為汽車當(dāng)前輸出制動(dòng)力矩，S為兩車當(dāng)前間距，Ttq為車速判據(jù)平衡轉(zhuǎn)矩，S2為第 2車距判據(jù)數(shù)值解，S1為第 1車距判據(jù)數(shù)值解。避撞區(qū)域內(nèi)考慮采取主動(dòng)避撞策略[7]。

3 算法模型仿真驗(yàn)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(jì)算得到車速判據(jù)的精確解和第1、第2車距判據(jù)的數(shù)值解，再確定本車在當(dāng)前車距下的應(yīng)處工況，結(jié)合前后車速在應(yīng)處工況內(nèi)，按照ACC系統(tǒng)的PID控制策略調(diào)整汽車的節(jié)氣門開度或電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，并且向駕駛員給出相應(yīng)的警示信息和報(bào)警動(dòng)作。此外還可通過ASCET平臺(tái)開發(fā)ACC系統(tǒng)的整車控制器快速原型且實(shí)現(xiàn)C代碼自動(dòng)生成[8]。

4 結(jié) 論

通過汽車行駛模型和制動(dòng)模型，推導(dǎo)出車速判據(jù)和第1、第2車距判據(jù)，且給出相應(yīng)常微分方程組的通用數(shù)值求解方法。再基于數(shù)值解劃分前后兩車間的區(qū)域，確定相應(yīng)區(qū)域內(nèi)本車應(yīng)處的工況和工況下車輛驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)的PID控制方法。通過 ASCET模型的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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。

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U463.5.02：U463.67

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10.14175/j.issn.1002-4581.2014.06.002

2014-06-18

1002-4581（2014）06-0007-04