汽車自適應巡航控制系統的設計

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 潘勇宏 王佳宇

1 引言

隨著人們對汽車的舒適性、安全性和易操作性的要求的提高，各國逐漸深入研究各種駕駛模式和駕駛輔助系統的智能車輛。自適應巡航控制系統（ACC）作為現代先進的汽車安全控制系統（AVCSS）是一個重要的發展方向，它是在開發傳統巡航控制技術中，基于定速巡航控制系統的功能，而且也具有應用汽車車輪速度傳感器的車速反饋信息自動調整車速保持本ACC系統車輛與前方車輛的安全車距的功能，可以有效地降低駕駛員的駕駛強度，提高司機的駕駛環境，減少交通事故，因此越來越多的人的關注。

2 ACC系統模型的選擇和建立

ACC系統作為汽車輔助駕駛系統的一個重要研究方向，研究的主要目的是代替駕駛員在適當的交通條件下合理控制車輛安全行駛。以及如何使用信息傳感器單元輸入決定適當的系統輸出和車輛的合理控制，汽車ACC系統的研究和應用的核心是為實現ACC系統的控制。車輛安全距離的確定和系統控制理論和方法的選擇是ACC系統控制技術的主要內容。

安全距離是指在車輛減速能力，速度和道路附著條件一定的情況下車輛并沒有碰撞到前方車輛或障礙物所需要保持的最小安全距離。能夠準確、快速地確定理想安全距離是確保自適應巡航系統控制功能的前提和基礎。

國內外研究的汽車ACC系統對理想的安全距離模型有不同的形式。但從系統整體來看安全距離通式為：車輛間隔時間為Th，可以是一個常數，可以同時被人為設置；V為車輛速度或車輛速度的函數。

圖1 安全距離示意圖

圖1中，為理想安全間距為ds，ACC系統車輛的瞬時速度和加速度分別為VC和aC，前行車輛的瞬時速度為Vt。

當選取理想安全距離模型時，不同的汽車應用商會根據自身的追求依據不同因素的考慮對上述安全距離計算公式采取不同的算法形式，并且要與所開發的ACC系統所注重的品質和側重的性能指標密切相關。本設計所采用的理想安全距離模型則是在考慮極端情況下前后兩車也不發生碰撞事故的基礎上推導得出的：

式中，當前車輛理想安全距離為ds；駕駛員反應時間與系統延遲時間之和為TR；ACC系統車輛及前行車輛的瞬時速度分別為VC和Vt；ACC系統車輛和前行車輛的最大制動減速度分別為bc和bt。由于前車的最大制動減速度在通常情況下無法直接獲得，故上述理想安全距離公式在具體應用時采用經驗數據確定前車的最大制動減速度范圍。

圖2中，兩車實際距離和兩車理想距離分別為d和ds；車輛距離偏移量為do；決策出的理想加速度為ades；K、k1、k2為比例增益；由駕駛員預設的巡航速度為Vset；ACC系統車輛瞬時速度為Vc； ACC車輛的理想速度為Vdes，其值為前車速度與偏移速度之和；前行車輛瞬時速度為V。

圖2 ACC系統算法流程圖

ACC系統工作原理：車輛打開自適應巡航控制設置按鈕后，安裝在前面的車輛雷達將連續掃描前方路況，測量本車距離前面車輛或障礙物的距離。如果沒有前面的車輛或障礙物，車輛是在一個設定好的速度下巡航控制。當本車前方出現行駛車輛或障礙物時，被車輛前方的雷達掃描到，ACC系統控制器則會計算出本車的瞬時速度和加速度等車輛數據，然后發出適當的驅動或制動力矩控制命令：當本車輛距離前面的車輛太小，或當前面突然插入另一輛車，并且前面的車輛速度小于本車輛速度時，ACC系統則發出制動信號，降低車輛速度以確保兩車之間的距離為一個安全距離，減速至期望值后使用跟蹤控制；當檢測到前方的行駛車輛為加速行駛時，ACC系統發送的加速度信號，車輛加速至期望值后使用跟蹤控制；當本車或前方行駛車輛駛出原車道而使得前方無行駛車輛時，ACC系統會對車輛發出加速控制信號，使汽車保持在一個設定的速度下勻速巡航。ACC系統模式的退出方法分為兩種情況：第一種為被動退出，即駕駛員按下自適應巡航系統的退出按鈕時，系統退出ACC控制；第二種為主動智能退出，即駕駛員對車輛進行加速或制動等操作時，系統將自動退出ACC控制。

3 結論

目前，國外已經做了很多有關于ACC系統的控制理論和方法研究的工作，并已經在一些高端汽車上安裝使用了自適應巡航控制系統。而國內的研究與發達國家在這一領域有很大的差距，因此更加深入Dev研究ACC系統的控制理論和方法，車輛ACC系統產品的高效性和實用性的開發，將是在這一領域未來的研究方向。目前從國內外ACC系統的應用現狀角度來看，應該關注以下技術：

（1）通信技術，包括在車輛間的通信，車輛之間與車輛控制中心的通信等；

（2）多傳感器信息融合技術，包括車載雷達傳感器測距技術及計算機視覺等信息的融合技術等；

（3）ACC系統和其它車輛智能控制系統的集成技術，如ACC系統與車輛自動啟動/停止系統，與前后方車輛防碰撞預警系統，突發事件下的ABS系統的集成等。

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