一種關于智能車多模式切換跟車控制方法的論述

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，隨著國民經濟的快速增長，我國的人車數量呈井噴式增長。隨著汽車數量的增加，交通事故越發頻繁，傷及的人數、損失的財物也成倍增加。2012年，據衛生部門統計數據，死于機動車輛交通事故的人員多達166906人，是10年前的兩倍多。而國家統計局給出的交通事故發生總數為196812例，事故直接財產損失則達到107543萬元 （數據來源：中國衛生統計年鑒）。研究表明：事故發生的主因在于疲勞駕駛，其是導致交通事故的重大隱患，此外，汽車數量劇增的同時，交通堵塞問題更加嚴重。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，當前各大汽車生產主機廠在中高端車型上都搭載了縱向速度控制系統。目前市場上應用最廣泛、技術較成熟的兩款縱向控制系統是ACC（自適應巡航控制）系統和CA（避撞控制）系統，它們是將車輛自動駕駛縱向控制系統的功能具體化，突出不同的性能指標而形成的兩個典型系統。

定速巡航控制系統以自車速度控制為主，可使車輛保持預設速度穩定行駛。①ACC是定速巡航控制系統的延伸，當雷達探測到低于前車時，ACC系統會從速度控制轉換為距離控制，通過控制節氣門或者制動器，保持安全距離跟隨前車行駛。ACC系統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，在前方無其他車輛時，也是進行速度控制，維持恒定速度行駛。當前方發現車輛，已設定速度不能安全行駛時，CA系統將向駕駛員發出警告；當前車緊急制動或前方發生交通事故，駕駛員來不及應對，CA系統將控制制動器進行自動制動，避免發生碰撞事故。總的來說，CA系統優先考慮安全性，以間距控制為主。以上兩款系統的共同點可知，車輛自動駕駛縱向控制系統就是通過自動控制器，實現車輛縱向運動的控制，關鍵技術包括：車輛速度控制和車輛間距控制。

本文兼有上述兩種系統的功能，能夠根據行駛過程中所遇到的工況，自主實現多模式切換，實現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，以分別實現對設定速度的跟隨、平穩接近前車、安全跟車行駛和主動避撞。它對危險工況的響應速度快，避撞控制精確、有效，可最大限度避免事故發生、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的交通事故。

通常環境復雜，駕駛員駕車隨機性大，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、目標車切入工況、目標車切出工況、避撞工況，如圖1所示。

通過對實際行駛工況進行分析，目標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先設定的巡航車速為控制目標，以速度誤差為控制變量，最終實現車輛以巡航車速穩定行駛。充分考慮駕乘人員對舒適性的需求，以駕駛員模型為基礎，并采用模糊理論進行控制策略設計。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，當車載雷達在有效探測距離內發現低速目標車，為了符合駕駛員操縱習慣，實現平穩地靠近前車，并過渡到跟車行駛模式，系統將自動進入接近模式。此工況下，主車速度大于目標車速度，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，以速度誤差Verror和距離誤差Derror為控制變量，最終保持Dsafe穩定跟隨目標車行駛。穩定跟車行駛過程，突遇危險情況，駕駛員可轉向避撞；如果駕駛員沒有采取任何操作，自動控制系統將車進入避撞模式進行車輛控制。而在一般行駛情況下，車輛處于安全行駛環境，在設計控制策略時可兼顧駕乘舒適性。本文采用模糊理論進行控制策略設計。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。這種危險行駛工況下，駕駛員可以采取轉向避撞或自行實施強力制動避撞。但是，如果駕駛員反應慢或者根本沒有采取避撞措施，勢必會發生追尾。而裝載縱向控制系統的車輛，以駕駛員模型為基礎，進入避撞模式，根據兩車之間的相對距離實施制動控制，最大限度降低事故發生率和人員傷害。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

Dr

2.5 總體控制策略

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

圖5 車輛間距的區域劃分

3 總結

本文將縱向控制系統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，來實現綜合的多模式切換縱向控制。能夠根據行駛過程中所遇到的工況，自主地實現多模式切換，實現車輛的速度和車距的控制。可緩解駕駛疲勞，也有助于減少因駕駛疲勞而引發的交通事故。

圖6 控制邏輯執行過程