一種自適應巡航控制策略設計方法

楊勇，張茂勝

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一種自適應巡航控制策略設計方法

楊勇，張茂勝

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

文章提出一種車輛自適應巡航控制策略，根據相對車距比設定增強信號的數值。系統基于增強信號的數值與相對車速比的大小，將對當前決策行為進行經驗存儲與自主學習，使系統在設定之后的行駛過程中實現自主優化。

自適應巡航；控制策略；自主學習

引言

自適應巡航控制系統（Adaptive Cruise Control，簡稱ACC）是一種構想于20世紀70年代末期的汽車安全輔助駕駛系統。該系統是在汽車自動巡航控制系統（Cruise Control System，簡稱CCS）的基礎上有機地結合了汽車前部防撞預警系統（Forward Collision Warning System，簡稱FCWS）而形成的一種智能化車速自動控制系統[1-2]。

從結構上來講，自適應巡航控制系統主要由車載傳感設備和電子控制單元組成。傳感器對前方目標車輛進行探測，并向電子控制單元發送相關數據參數，電子控制單元對收集來的數據進行分析，并作出決策，驅動執行機構以保證智能車安全的行駛狀態[3-4]。

從功能上來講，根據傳感器對前方道路交通環境的感知結果，自適應巡航控制系統賦予智能車一定的“思維”。當前方無目標車輛行駛時，系統能夠使智能車以特定的車速進行巡航行駛；當前方有目標車輛行駛時，系統可根據智能車與目標車輛的行駛工況以及其他設定參數對車距進行有效控制，從而保證智能車與目標車輛的安全車距，避免交通事故的發生。因此，自適應巡航控制系統減輕了駕駛員的駕駛強度，提高了智能車的主動安全性，擴大了巡航行駛的范圍，改善了道路交通的通行效率[3-4]。

本文基于相對參數比對控制行車速度，當行駛參數越接近安全行駛參數時，相對參數比的值越小，對應加速度值越小，直至加速變為零，即為勻速行駛，避免由勻減速行駛直接進入勻速行駛時造成的行車安全隱患及行車的不舒適。此外，依據相對參數比進行速度的調控，在保證了安全的前提下，又最大限度的保證行車速度，節省行車時間，且有利于減緩交通壓力。

1 總體設計

智能車自適應巡航控制策略設計是智能駕駛的關鍵技術。基于機器學習的智能車自適應跟隨巡航控制系統通過實時地獲取環境信息、目標車輛和智能車的行駛狀態，結合系統的設定參數，判斷當前決策行為的“好”與“壞”，在“獎勵”和“懲罰”的經驗教訓中自主學習[5]。本文所要解決的技術問題是智能車自適應跟隨巡航控制策略中增強信號的設定，智能車車距控制過程中相對車距比與車速調節強度之間關系曲線的設計，智能車自適應跟隨巡航模式下防撞預警控制策略的設計。圖1為本文所設計自適應跟隨巡航控制系統的控制策略流程圖。圖2為智能車車距控制曲線。

圖1 跟隨巡航模式控制策略流程圖

圖2 智能車車距控制曲線

2 系統工作流程

為使本領域技術人員更好地理解本文所設計的控制系統，下面結合附圖和具體工作流程對本其作進一步詳細描述。

Step1：ACC系統開啟與參數設定

D為智能車跟隨巡航時的安全車距，單位為m，反映智能車駕駛員期望與目標車輛的實時車距。系統非首次開啟時，可沿用上次設定參數，或重新設定。

Step2：ACC系統目標車輛的監測與識別

基于車載傳感器的目標車輛的監測與識別是ACC系統實現對智能車巡航控制的基礎。同時，傳感器對目標車輛的監測數據也為系統提供后續決策依據。

Step3：ACC系統巡航模式的選擇

ACC系統根據車載傳感器的輸入數據，判斷巡航模式。當智能車前方沒有可識別的目標車輛時，系統將進入定速巡航模式；當智能車前方存在目標車輛時，系統將進入跟隨巡航模式。本文旨在設計智能車自適應跟隨巡航模式下的控制策略。

Step4：ACC系統跟隨巡航控制

當智能車ACC系統進入跟隨巡航模式時，系統的電子控制單元將基于實時車距D，安全車距D，預警車距D，防撞車距D的關系對智能車進行加速、減速和主動制動控制，以實現智能車以安全車距對目標車輛進行跟隨巡航行駛，或為了保證行駛安全而停車。具體控制流程如下（圖1）：

（1）相對車距比M的數值計算

其中，D為智能車與目標車的實時車距，單位m。

（2）增強信號R的設定

以相對車距比M的變化值?=0.1為一個區域，將相對車距比劃分為若干個區域。以M=0為中心，向兩邊設定增強信號（折算因子取α=0.8，增強信號以指數形式遞減）。其中， |M|≤0.05時，R=1，表示系統將獲得最大的增強信號； 0.05<|M|≤0.15時，R=0.8，以此類推增強信號將以指數α=0.8向兩邊遞減。

（3）控制邏輯判斷

根據R和M的值進行跟隨巡航控制系統的邏輯判斷，當R=1時，表明系統正在以最優的車距進行巡航行駛，該數據將被作為經驗存儲，其他情況下，系統將根據增強信號的大小進行車距調節與經驗學習。

（4）車距調節策略

當R<1時，表明系統需要根據增強因子的大小進行車距調節，相對車距比與速度調節強度的關系如圖2所示，M>0，表示系統需對智能車進行加速控制，M<0，表示系統需對智能車進行減速控制。圖2所示兩者的關系旨在使得相對車距值較大時，智能車能以大的加速度進行車距調節，以盡快完成車距調節過程。同理，相對車距值較小時，智能車的速度調節強度也小，以獲得較好的舒適性。

（5）防撞預警策略

D≤D時，系統電子控制單元應對智能車駕駛員進行預警提示，請求接管，若駕駛員接管，則進入人工模式，否則，系統電子控制單元應對智能車進行減速控制，并進行目標車輛的監測與識別；D≤D時，系統電子控制單元應對智能車進行基于最大減速度的主動制動，并進行目標車輛的監測與識別。

（6）控制策略學習

本文中，相對車距比既是增強信號設定的輸入量，也是速度調節強度的輸入量。基于相對車距比的增強信號數值的大小直接反映了智能車跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對于“好”的決策行為，系統將給與相應的“獎勵”信號，并作為經驗進行存儲、記憶；對于“壞”的決策行為，系統將給與相應的“懲罰”信號，并在之后的行為決策中根據增強信號的大小進行修正與學習，使得智能車跟隨巡航控制策略逐漸趨于最優。

3 結束語

基于相對車距比的增強信號數值的大小直接反映了智能車跟隨巡航控制策略的“好”與“壞”，對于“好”的決策行為，系統將給與相應的“獎勵”信號，并作為經驗進行存儲、記憶；對于“壞”的決策行為，系統將給與相應的“懲罰”信號，并在之后的行為決策中根據增強信號的大小進行修正與學習，使得智能車自適應巡航控制功能處于最優狀態。

[1] Winner H, Witte S, Uhler W, et al. Adaptive Cruise Control System Aspects and Development Trends[C].International Congress & Exp -osition. 1996:1692 - 1697.

[2] 張景波,劉昭度,齊志權,等.汽車自適應巡航控制系統的發展[J]. 車輛與動力技術, 2003(2):44-49.

[3] 王地川,李斌花,謝暉,等.汽車自適應巡航控制跟隨模式的仿真建模[J].計算機仿真, 2004, 21(9):164-166.

[4] 王地川.汽車自適應巡航控制跟隨模式研究[D].湖南大學, 2003.

[5] 馬國成.車輛自適應巡航跟隨控制技術研究[D].北京理工大學, 2014.

ADesign MethodForAdaptive Cruise Control Strategy

Yang Yong, Zhang Maosheng

（Chery Automobile Co., Ltd., Anhui Wuhu 241009）

A vehicle adaptive cruise control strategy is proposed, and the enhancement signal value is set according to the relative distance ratio. Based on the numerical value of the enhancement signal and the relative speed ratio, the system will carry out experience storage and autonomous learning on the current decision-making behavior, so that the system can achieve autonomous optimization in the driving process after setting.

adaptive cruise control; control strategy; autonomouslearning

A

1671-7988(2018)18-168-03

U461.6

A

1671-7988(2018)18-168-03

CLC NO.: U461.6

楊勇（1982-）云南建水人，奇瑞汽車股份有限公司，學士，工程師，主要研究方向：智能駕駛方向。張茂勝（1990-）山東濟寧人，奇瑞汽車股份有限公司，設計師，工學學士，主要研究方向：智能駕駛控制決策系統。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.057