汽車主動巡航控制系統(tǒng)淺析

郭小蘭

摘 要： 主動巡航控制系統(tǒng)又稱為自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括雷達(dá)傳感器、數(shù)字信號處理器和控制模塊。本文主要介紹了ACC系統(tǒng)功能ACC系統(tǒng)組成及工作原理、控制器ECU及采用的PID調(diào)節(jié)方式。

關(guān)鍵詞： 主動巡航控制系統(tǒng) 控制器ECU PID調(diào)節(jié)

主動巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)）簡稱ACC，能夠自動調(diào)節(jié)車速以保證與前車有足夠的安全距離。它能實(shí)現(xiàn)汽車行駛過程的智能巡航控制，其防撞擊雷達(dá)能自動測量自身車輛與前方車輛和障礙物之間的相對速度和相對距離，根據(jù)計(jì)算出的安全距離，對危險和危急的程度作出減速或制動的判斷，并即時警示和實(shí)施控制操作[1]。

1.ACC系統(tǒng)的主要功能

ACC系統(tǒng)有四大功能：①測量前方車輛車距；②測量前方車輛車速；③測量前車位置；④選擇跟蹤車輛[2]。

ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)作為一種智能化自動控制系統(tǒng)，在定速巡航的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行自動調(diào)節(jié)車速以保持安全距離，就是在原有的定速巡航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入可感應(yīng)與前車距離的傳感器，根據(jù)傳感器反饋的信息，電腦自動控制油門和剎車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動加減車速，從而不但解放駕駛員雙腳還能保證駕駛員的安全，在駕駛員設(shè)定好車速后，系統(tǒng)通過車頭前方安裝的雷達(dá)傳感器進(jìn)行車距確認(rèn)；在前后輪毅上的輪速傳感器，可測出車輛的行駛速度；方向角傳感器可以判斷車輛行駛的方向；發(fā)動機(jī)控制器和扭矩控制器則探測和調(diào)整發(fā)動機(jī)的扭矩輸出，以提高發(fā)動機(jī)的動力性，并適時調(diào)整車輛的行駛速度，而各種控制器和傳感器則統(tǒng)統(tǒng)由車內(nèi)行車電腦進(jìn)行控制。所以當(dāng)前方車輛緊急減速或遇行人時，裝有ACC系統(tǒng)的車輛在設(shè)定好車速后能夠自動進(jìn)行減速，可以提前介入進(jìn)行制動[3]。

2.ACC系統(tǒng)工作原理

ACC是建立在以雷達(dá)測距、測速的基礎(chǔ)之上的。雷達(dá)基本原理為物體表面會反射電磁波，反射回來的那部分電磁波就被當(dāng)做是“回聲”接收。雷達(dá)的調(diào)節(jié)過程同時考慮到攝像頭數(shù)據(jù)、導(dǎo)航里程數(shù)據(jù)等，使得雷達(dá)的調(diào)節(jié)過程更準(zhǔn)確和快捷[4]。

2.1ACC系統(tǒng)組成及控制原理

ACC系統(tǒng)包括雷達(dá)傳感器、數(shù)字信號處理器和控制模塊[1]。當(dāng)前ACC的毫米波雷達(dá)常采用結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、對近遠(yuǎn)目標(biāo)探測皆有良好性能的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)體制。圖1展示了FMCW雷達(dá)ACC系統(tǒng)的構(gòu)成，包括雷達(dá)波發(fā)生器、天線、發(fā)送接收模塊、信號處理模塊、警示模塊、加減速制動控制裝置等。

射頻發(fā)射接收前端是雷達(dá)系統(tǒng)的核心，微波傳輸以波導(dǎo)效率最高。前端的架構(gòu)采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，還包括環(huán)形器、定向耦合器、線性VCO、調(diào)制信號源、平衡混頻器和低通濾波器等微波器件。前端混頻輸出的中頻信號送至后級數(shù)據(jù)信號處理。數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)消除非必要信號（如雜波）和干擾信號，并對經(jīng)中頻放大的混頻信號進(jìn)行處理，從信號頻譜中提取目標(biāo)距離與速度等信息。

2.2控制器ECU

控制器ECU是ACC系統(tǒng)的中央處理器，是系統(tǒng)的核心部分。它負(fù)責(zé)將傳感器送來的數(shù)據(jù)（包括相對距離、相對速度）進(jìn)行處理，然后按照控制算法進(jìn)行計(jì)算，最后形成指令控制作動器工作。它主要包含目標(biāo)車頭的距離；車頭距控制器，計(jì)算獲得目標(biāo)車頭距的車速、加速度命令；車速控制器，決定制動器和節(jié)氣門的工作。

控制策略以采用PID（Proportion Integration Differentiation比例-積分-微分）的調(diào)節(jié)方式為多，圖2繪出以物理參數(shù)為控制對象的PID原理框圖，直觀地表示出過程控制算法的環(huán)節(jié)。

PID的調(diào)節(jié)器需給出微分方程和傳遞函數(shù)，它將設(shè)定車速與實(shí)際輸出值的偏差其比例作為控制量，以控制節(jié)氣門開度，使車速迅速接近設(shè)定車速?？紤]過程中偏差一直存在，積分部分把偏差積累起來加大控制量，以消滅偏差，使車速保持穩(wěn)定。微分部分則起預(yù)估作用，當(dāng)時，表示偏差在加大，應(yīng)及時增加控制量，使減??；當(dāng)時表示偏差量在減小，則減小控制量，以避免趨于0時，又向反方向發(fā)展而引起振蕩。

3.結(jié)語

深入研究ACC系統(tǒng)的控制理論與方法，開發(fā)高效、實(shí)用的車輛ACC產(chǎn)品，將是今后我國在該領(lǐng)域的研究方向。未來的ACC系統(tǒng)將同其他的汽車電控系統(tǒng)相互融合，形成智能汽車電子控制系統(tǒng)。駕駛這種汽車只需在顯示器中指明所要到達(dá)的目的地，汽車就會在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下，借助公路兩旁的電子標(biāo)志牌，無需人為參與就可安全駛達(dá)目的地，實(shí)現(xiàn)完全的自動駕駛功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳天殷.大眾CC自動巡航控制ACC工作原理淺析[J].汽車電器，2014.07.

[2]王振龍.大眾車系主動巡航控制系統(tǒng)簡介[J].汽車維修與保養(yǎng)，2013.07.

[3]何莉.淺談電氣自動化在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014.06.

[4]劉春暉.2010年款奧迪A8自適應(yīng)定速巡航系統(tǒng)[J].汽車電器，2014.07.