純電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)避撞系統(tǒng)的建模與分析?

李洪濤，趙 韓，黃 康，劉生強(qiáng)

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009)

前言

汽車(chē)避撞系統(tǒng)作為主動(dòng)安全的重要研究方向之一，對(duì)降低追尾事故發(fā)生、提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩跃哂鞋F(xiàn)實(shí)意義。純電動(dòng)汽車(chē)的安全輔助駕駛系統(tǒng)必將成為研究的新熱點(diǎn)。汽車(chē)主動(dòng)避撞系統(tǒng)是利用雷達(dá)或者傳感器技術(shù)識(shí)別車(chē)輛行駛狀態(tài)，并根據(jù)安全車(chē)距模型對(duì)車(chē)輛的安全狀態(tài)做出判斷，給駕駛員提供預(yù)警功能。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)避撞系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]中基于線性二次最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)了上位控制系統(tǒng)，基于前饋和PI反饋設(shè)計(jì)了下位控制器，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證車(chē)輛縱向控制系統(tǒng)可滿足汽車(chē)車(chē)速控制和車(chē)間距控制；文獻(xiàn)[3]中基于駕駛員駕駛行為設(shè)計(jì)了車(chē)輛下位控制器，基于混淆矩陣方法優(yōu)化系統(tǒng)的控制參數(shù)，提出了一種新的控制策略，保證車(chē)輛運(yùn)動(dòng)特性盡可能接近駕駛員實(shí)際操作特性；文獻(xiàn)[4]中為解決傳統(tǒng)縱向控制的模型誤差和邏輯判斷誤差，采用了基于終端滑?？刂频姆謱咏Y(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)避撞系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)安全距離誤差和兩車(chē)相對(duì)速度調(diào)控最小化的控制目標(biāo)；文獻(xiàn)[5]中將車(chē)輛縱向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為多種模式，在傳統(tǒng)縱向避撞系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加模式切換層，提出了一種多模式縱向避撞系統(tǒng)控制策略；文獻(xiàn)[6]中基于滑?？刂品椒ǖ玫胶筌?chē)制動(dòng)的期望加速度，考慮駕駛員行駛舒適性，利用車(chē)輛通信技術(shù)分配前后車(chē)輛加速度，完成車(chē)輛的協(xié)同避撞。

上述針對(duì)汽車(chē)主動(dòng)安全避撞系統(tǒng)的研究主要是以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)為研究對(duì)象，并且未考慮模型非線性、系統(tǒng)參數(shù)非確定性以及外部干擾的影響。為提高純電動(dòng)汽車(chē)避撞系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，提出一種基于滑?？刂频淖赃m應(yīng)控制方法，可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)滑模系統(tǒng)參數(shù)以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。通過(guò)跟車(chē)場(chǎng)景下的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證控制器的避撞控制效果。

1 純電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

1.1 電機(jī)-變速器一體化設(shè)計(jì)

以某電動(dòng)汽車(chē)為設(shè)計(jì)原型，開(kāi)發(fā)出一款適用于純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：電機(jī)-變速器一體化裝置，減小了動(dòng)力總成的軸向尺寸，提高了傳動(dòng)效率。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電機(jī)-變速器一體化結(jié)構(gòu)示意圖

純電動(dòng)汽車(chē)采用電機(jī)-變速器一體化方案時(shí)的執(zhí)行元件工作狀態(tài)如表1所示。當(dāng)同步器處于分離狀態(tài)，此時(shí)無(wú)論電機(jī)處于何種狀態(tài)，純電動(dòng)汽車(chē)處于空擋；當(dāng)同步器與齒輪14接合，動(dòng)力經(jīng) 12—10—11—14—差速器7輸出到主減速器，電動(dòng)汽車(chē)處于低速擋行駛；當(dāng)車(chē)輛的行駛速度達(dá)到換擋條件時(shí)，同步器與齒輪12接合，此時(shí)動(dòng)力直接經(jīng)差速器輸出到主減速器，電動(dòng)汽車(chē)處于高速擋行駛；當(dāng)?shù)管?chē)時(shí)，同步器接合情況與低速擋相同，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

表1 換擋執(zhí)行元件工作表

純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)的設(shè)計(jì)參數(shù)和主要的動(dòng)力性能要求如表2所列。

表2 整車(chē)設(shè)計(jì)參數(shù)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)在純電動(dòng)汽車(chē)低速或者爬坡時(shí)輸出較大轉(zhuǎn)矩，在高速工況下輸出較大的功率。因此，純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性需求決定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能參數(shù)匹配情況，即應(yīng)該滿足電動(dòng)汽車(chē)的爬坡性能、最高車(chē)速性能和加速性能等指標(biāo)[7-9]。驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要確定的主要參數(shù)有額定功率、峰值功率、峰值轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速。

根據(jù)文獻(xiàn)[9]中得到純電動(dòng)汽車(chē)行駛方程為

式中：T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；ia為傳動(dòng)系總傳動(dòng)比，a＝1，2；ηT為傳動(dòng)系統(tǒng)效率；r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑；m為整車(chē)質(zhì)量；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；α為道路坡度角；A為迎風(fēng)面積；CD為空氣阻力系數(shù)；ua為汽車(chē)行駛車(chē)速；δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

純電動(dòng)汽車(chē)選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率應(yīng)不小于在平坦良好路面上車(chē)輛以最高速度行駛時(shí)阻力功率總和，即電動(dòng)汽車(chē)以最高車(chē)速行駛消耗的功率Pe為

式中umax為最高車(chē)速。

電動(dòng)汽車(chē)以某一車(chē)速爬上一定坡度消耗的功率Pa為

式中αmax為最大爬坡度。

電動(dòng)汽車(chē)在水平路面上加速行駛消耗的功率Pc為

式中：ui為爬坡車(chē)速；ua為汽車(chē)的加速末速度；ta為汽車(chē)加速時(shí)間。

電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率應(yīng)能同時(shí)滿足汽車(chē)對(duì)最高車(chē)速、加速時(shí)間以及爬坡性能的要求。所以，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率為

依據(jù)計(jì)算分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需額定功率與峰值功率，選定驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型為永磁同步電機(jī)，具體參數(shù)如表3所示。

表3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)

1.2 電機(jī)-變速器一體化建模

對(duì)電機(jī)-變速器一體化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系參數(shù)選擇做計(jì)算分析。

1.2.1 傳動(dòng)系速比的上限

變速器傳動(dòng)系速比的上限是由電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax和最高行駛車(chē)速u(mài)max確定，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax、最小傳動(dòng)比imin、最高行駛速度umax三者的關(guān)系為

其中主減速器傳動(dòng)比ig＝4.5，代入其他參數(shù)，可得imin≤7.917，2 擋傳動(dòng)比i2≤1.759。

1.2.2 傳動(dòng)系速比的下限

變速器傳動(dòng)系速比的下限由下述兩種情況的傳動(dòng)系速比的最大值確定。

由電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大行駛車(chē)速對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系速比的下限為

式中：FVmax為最大行駛車(chē)速對(duì)應(yīng)的行駛阻力；TVmax為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。

由驅(qū)動(dòng)電機(jī)能輸出的最大轉(zhuǎn)矩Tαmax和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力Fαmax確定的傳動(dòng)比下限為

代入相關(guān)參數(shù)，可得最大傳動(dòng)比imax≥8.803，i1≥1.956。

電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中最常用的擋位是2擋，所以在保證動(dòng)力性能的情況下，應(yīng)盡量維持電機(jī)工作在高效率區(qū)間，在滿足以上條件情況下，將高速擋設(shè)計(jì)成直接擋，即傳動(dòng)比為1。同時(shí)也間接驗(yàn)證了項(xiàng)目中電機(jī)-變速器一體化機(jī)構(gòu)的合理性。另外一方面高速擋擋位數(shù)值較大，電機(jī)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在最高轉(zhuǎn)速區(qū)，這對(duì)于電機(jī)壽命是極為不利的，綜合成本和制造工藝方面的考慮，將2擋的數(shù)值定為1。而低速擋應(yīng)該盡量保證車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩需求，所以結(jié)合設(shè)計(jì)、制造和成本等因素后，將1擋的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為3。

1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)切換邏輯

在駕駛員操縱車(chē)輛的過(guò)程中，對(duì)加速踏板和制動(dòng)踏板的操作是分開(kāi)工作的，加速踏板和制動(dòng)踏板兩種操作不能同時(shí)完成，否則會(huì)造成電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的損壞。而且，加速踏板/制動(dòng)踏板切換邏輯制定應(yīng)當(dāng)避免長(zhǎng)時(shí)間高頻率模塊切換。

本文中基于上述原則制定切換邏輯來(lái)操作節(jié)氣門(mén)位置或制動(dòng)器。首先，設(shè)置電機(jī)的節(jié)氣門(mén)初始值為0，求得各速度下的車(chē)輛減速度amax；然后，為在操作過(guò)程中提高車(chē)輛的平穩(wěn)性，防止操縱模式切換頻率太高，模塊設(shè)置了緩沖區(qū)域Δh，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取Δh＝0.02m/s2。因此，獲得的切換邏輯關(guān)系為

式中ades為車(chē)輛期望加速度。

加速踏板/制動(dòng)踏板切換邏輯模型的輸入為獲得的期望加速度，輸出為求得的車(chē)輛制動(dòng)壓力或加速踏板開(kāi)度。

1.3.1 制動(dòng)模型

本文中討論的車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，不考慮車(chē)輛旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量換算，根據(jù)式(1)，車(chē)輛制動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方程可表示為

式中：ades為期望加速度；Ft為車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力；Fxb為路面作用于車(chē)輛的制動(dòng)力；v為汽車(chē)速度。

在制動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，即Ft＝0，在不超過(guò)路面最大制動(dòng)力的情況下，制動(dòng)力Fxb和制動(dòng)壓力pdes可近似表示為線性關(guān)系，即

式中Kb為常量系數(shù)。

由式(13)和式(14)可得到期望制動(dòng)壓力為

1.3.2 加速模型

若判斷為加速踏板控制模塊，首先求得期望的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，然后根據(jù)所建立的逆電機(jī)模塊算得加速踏板的開(kāi)度。

設(shè)

則根據(jù)式(1)，期望的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可簡(jiǎn)化為

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線f(Tdes，we)，即可得到加速踏板的開(kāi)度αdes為

2 汽車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)模型

2.1 間距策略設(shè)計(jì)

在避撞控制系統(tǒng)的行駛過(guò)程中，車(chē)輛往往處于緊跟狀態(tài)，所以假定前后車(chē)輛速度相等，因此有

式中：Δxdes為期望的安全車(chē)間距；th為恒定的車(chē)時(shí)距；Δx0為最小安全車(chē)間距，取決于前車(chē)車(chē)身長(zhǎng)度與車(chē)間最小距離。

VTH(可變車(chē)頭時(shí)距)策略采用的車(chē)間時(shí)距是隨汽車(chē)行駛狀態(tài)的變化而做相應(yīng)改變，這種策略更符合駕駛員實(shí)際駕駛習(xí)慣。Broqua等人研究表明，行駛過(guò)程中的th與自車(chē)車(chē)速v成線性關(guān)系：

式中h1和h2為常量。

當(dāng)兩車(chē)的相對(duì)速度一定時(shí)，若前車(chē)突然減速，為保證自車(chē)的行駛安全、避免發(fā)生追尾，自車(chē)應(yīng)適當(dāng)減速以增大車(chē)頭時(shí)距；反之，自車(chē)可以適當(dāng)加速在安全前提下減小車(chē)頭時(shí)距，提高系統(tǒng)的效率。所以，在制定間距策略時(shí)考慮兩車(chē)相對(duì)速度的變化趨勢(shì)有利于提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。本文中在原有的VTH策略基礎(chǔ)上考慮兩車(chē)相對(duì)速度的變化趨勢(shì)對(duì)期望車(chē)間距的影響，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的間距策略。

在車(chē)頭時(shí)距的計(jì)算中，引入兩車(chē)相對(duì)加速度代表兩車(chē)相對(duì)速度的變化趨勢(shì)，可得

式中：vrel為兩車(chē)相對(duì)速度；vp為前車(chē)速度；arel為兩車(chē)相對(duì)加速度；t0，cv，ca均為常系數(shù)；sat(·)為飽和函數(shù)；th-max為車(chē)時(shí)距上限；th-min為車(chē)時(shí)距下限。

所以，式(19)和式(20)為考慮兩車(chē)相對(duì)速度變化趨勢(shì)的可變車(chē)頭時(shí)距策略。該策略不僅考慮了前后車(chē)的相對(duì)速度，同時(shí)考慮了兩車(chē)相對(duì)速度的變化趨勢(shì)即兩車(chē)的相對(duì)加速度，通過(guò)預(yù)判前車(chē)的速度擾動(dòng)提高此策略的前瞻性和抗干擾能力，而且利用飽和函數(shù)合理設(shè)定車(chē)時(shí)距的取值，使系統(tǒng)更有利于行駛的安全性和跟車(chē)效率，適應(yīng)更加復(fù)雜的交通工況。

2.2 間距策略仿真

為驗(yàn)證提出間距策略的準(zhǔn)確性，現(xiàn)分別采用CTH(恒定車(chē)頭時(shí)距)策略、原有的VTH策略和改進(jìn)的VTH策略進(jìn)行仿真對(duì)比。

在仿真試驗(yàn)中，改進(jìn)的VTH策略中參數(shù)取值分別為：th_max＝ 2.2s，th_min＝ 0.2s，t0＝ 1.5s，cv＝ 0.05，ca＝0.3。3種安全距離策略計(jì)算出的安全距離如圖2所示。

圖2 3種安全距離策略仿真曲線

由圖2可知，改進(jìn)VTH算法與CTH算法計(jì)算出的安全距離大致相同。但由于改進(jìn)VTH算法考慮了兩車(chē)未來(lái)速度變化率對(duì)安全距離的影響，對(duì)應(yīng)的距離響應(yīng)曲線相比其他兩種策略更為平滑。在跟車(chē)情況下，前車(chē)的速度頻繁發(fā)生變化，改進(jìn)VTH策略都具有很好的適應(yīng)性：當(dāng)前車(chē)加速時(shí)，通過(guò)增大期望的車(chē)間距來(lái)保證自車(chē)的行駛安全；當(dāng)前車(chē)減速時(shí)，在保證安全性的前提下適當(dāng)減小期望車(chē)間距提高道路的使用率。故這種安全距離算法更加合理，符合實(shí)際交通狀況[10-11]。

2.3 車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)

避撞系統(tǒng)是以縱向跟車(chē)安全性為控制目標(biāo)，以距離跟蹤誤差和速度跟蹤誤差為控制指標(biāo)，考慮前車(chē)加速度對(duì)跟車(chē)性能的影響，建立基于跟蹤誤差的縱向動(dòng)力學(xué)模型。在研究避撞系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，首先對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用如下假設(shè)：在汽車(chē)跟車(chē)行駛過(guò)程中，縱向車(chē)速遠(yuǎn)大于橫向車(chē)速，忽略橫向車(chē)速對(duì)系統(tǒng)的影響，車(chē)輛行駛速度等于縱向車(chē)速。

車(chē)間縱向相對(duì)距離、相對(duì)速度的控制目標(biāo)選取改進(jìn)后的控制策略，即

式中：ed為間距跟蹤誤差；Δx為實(shí)際車(chē)間距；ev為速度跟蹤誤差；ka為速度補(bǔ)償參數(shù)。

對(duì)上式微分，可得

由此可得模型的狀態(tài)空間方程為

式中：X＝[edevva]T為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣；為控制輸入；W為干擾矩陣。

2.4 反饋線性化設(shè)計(jì)

對(duì)汽車(chē)避撞系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)微分幾何法的原理，將系統(tǒng)進(jìn)行反饋線性化設(shè)計(jì)[12]，求解出：

所以，系統(tǒng)的相對(duì)階r1＝2。

同理可知，系統(tǒng)的相對(duì)階r2＝2。系統(tǒng)的相對(duì)階向量(r1r2)存在，且r1+r2＝n＝4，所以系統(tǒng)狀態(tài)空間可線性化，且線性化后的系統(tǒng)可控。

根據(jù)反饋線性化理論，設(shè)

反饋線性化控制律為

定義系統(tǒng)的控制誤差e為期望輸出yd與實(shí)際系統(tǒng)輸出y的差值，設(shè)系統(tǒng)的輸出期望值分別為x1d，x2d，則

3 控制器的設(shè)計(jì)

車(chē)輛避撞控制系統(tǒng)的性能通過(guò)距離跟蹤誤差和速度跟蹤誤差來(lái)評(píng)價(jià)。為了得到更好的縱向車(chē)輛控制性能，執(zhí)行的加速度或制動(dòng)強(qiáng)度不能過(guò)大，否則將削弱汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性和駕駛舒適性。但如果車(chē)輛的縱向控制系統(tǒng)性能太弱，會(huì)導(dǎo)致追尾或頻繁的預(yù)警。因此，避撞控制系統(tǒng)性能旨在實(shí)現(xiàn)：

(1)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下縱向距離跟蹤誤差和速度跟蹤誤差最小(期望值趨向于零)；

(2)距離誤差和速度誤差應(yīng)該在駕駛員可控縱向范圍內(nèi)，盡量減小緊急制動(dòng)對(duì)乘車(chē)舒適性的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)滑?？刂评碚?，建立控制指標(biāo)函數(shù)：

式中c表示滑?？刂破鞯膮?shù)。

對(duì)上式求導(dǎo)可得

采用指數(shù)趨近律的控制方式，控制律為

式中：k為指數(shù)趨近項(xiàng)常數(shù)，該項(xiàng)可以縮短系統(tǒng)的趨近時(shí)間；ε為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)趨近速度，ε小，則趨近速度慢，反之，則運(yùn)動(dòng)點(diǎn)達(dá)到切換面時(shí)具有較大的速度，但會(huì)引起較大的抖動(dòng)。所以，為保證快速趨近的同時(shí)削弱抖動(dòng)，應(yīng)在選擇較大k值同時(shí)減小ε。

聯(lián)立式(37)和式(38)，可求出v1和v2分別為

則控制律為

但是，由于W的不確定性，上述控制律無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。令為不確定項(xiàng)上界的估計(jì)值，定義估計(jì)誤差為

取的自適應(yīng)律為

式中β為非0設(shè)計(jì)常數(shù)矢量。

為對(duì)系統(tǒng)不確定性和外部擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)上述滑?？刂破鬟M(jìn)行自適應(yīng)設(shè)計(jì)，那么原控制器變形為

將式(44)帶入式(38)中，整理得到

針對(duì)上述系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的滑模控制器，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。

取Lyapunov函數(shù)為

對(duì)式(48)求導(dǎo)，得

綜上所述，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

4 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)前文的汽車(chē)避撞系統(tǒng)縱向動(dòng)力學(xué)模型和控制器，利用Simulink建立避撞過(guò)程跟蹤控制仿真模型。所設(shè)計(jì)控制器相關(guān)參數(shù)分別取為：c1＝10，c2＝15，ε1＝0.1，k1＝10，ε2＝0.15，k2＝15，β1＝10，β2＝5。

主動(dòng)避撞系統(tǒng)仿真是在當(dāng)前車(chē)道與前車(chē)保持安全距離的前提下，裝有主動(dòng)避撞系統(tǒng)的車(chē)輛(簡(jiǎn)稱CA車(chē)輛)能夠根據(jù)前車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，自行調(diào)節(jié)速度和距離跟蹤控制。為適應(yīng)復(fù)雜的城市交通工況，在低速時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行有效控制，避撞系統(tǒng)在跟車(chē)模式下應(yīng)具有以下功能：(1)與前車(chē)保持安全距離，在前車(chē)減速或停車(chē)時(shí)，能控制本車(chē)減速甚至緊急停車(chē)；(2)當(dāng)前車(chē)由靜止起動(dòng)時(shí)本車(chē)能自動(dòng)起步；(3)當(dāng)前方?jīng)]有任何障礙物時(shí)，主動(dòng)避撞系統(tǒng)能控制車(chē)速達(dá)到期望速度，并保持勻速行駛。

仿真工況初始條件：設(shè)定CA車(chē)輛和前車(chē)初始速度均為0，VTH算法中初始距離dmin取6m，仿真開(kāi)始時(shí)初始車(chē)間距為8m，仿真時(shí)間80s，在這個(gè)過(guò)程中前車(chē)頻繁進(jìn)行加減速，各控制器參數(shù)保持不變。采用所提出的改進(jìn)VTH間距策略對(duì)應(yīng)車(chē)輛的仿真結(jié)果如圖3～圖6所示。

圖3 前后車(chē)輛速度仿真曲線

圖4 前后車(chē)輛相對(duì)速度曲線

圖5 車(chē)間距仿真曲線

圖6 CA車(chē)輛加速度曲線

由圖3可知，仿真時(shí)CA車(chē)輛與前車(chē)同時(shí)起步，速度仿真曲線與前方車(chē)輛同步，驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的CA系統(tǒng)控制策略及算法，能夠很好地適應(yīng)城市交通環(huán)境下的跟車(chē)行駛工況。由圖5可知，CA車(chē)輛與前車(chē)間的實(shí)際距離始終小于或近似等于所開(kāi)發(fā)的VTH距離算法計(jì)算出的安全距離，避免與前車(chē)發(fā)生碰撞事故，提高了行駛安全性，驗(yàn)證了距離滑?？刂破髁己玫目刂菩ЧＳ蓤D6可知，CA車(chē)輛加速度變化很好地反映出汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，總體趨勢(shì)與車(chē)速變化相一致。

仿真結(jié)果表明，本文研究的控制策略和速度、距離跟蹤誤差滑?？刂破髂軌蚝芎玫貞?yīng)對(duì)跟車(chē)過(guò)程中前車(chē)頻繁變速的工況，驗(yàn)證了控制策略的正確性和合理性。

5 結(jié)論

建立了電機(jī)-變速器一體化模型，并提出了一種考慮前車(chē)加速度的可變車(chē)頭時(shí)距策略，該間距策略通過(guò)引入飽和函數(shù)，提高了間距控制的抗干擾能力，可有效地平衡車(chē)輛在行駛過(guò)程中的跟車(chē)性與安全性。

采用控制功能模塊、上位控制器和下位控制器聯(lián)合的縱向分層控制器實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)車(chē)主動(dòng)避撞控制功能設(shè)計(jì)，并對(duì)控制器性能進(jìn)行了驗(yàn)證。基于滑?？刂评碚撛O(shè)計(jì)的縱向上位控制器體現(xiàn)了駕駛員行駛特性，并對(duì)外界干擾和模型不確定性具有一定的魯棒性。

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