車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用前景

劉猛，張麗萍

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

引言

汽車定速巡航系統(tǒng)已經(jīng)在很多汽車上得到成熟應(yīng)用，在一定程度上可以減少駕駛員駕駛強(qiáng)度，但由于這種巡航系統(tǒng)功能較單一，不夠智能，安全性得不到很好的保障，因此車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它是在巡航控制技術(shù)基礎(chǔ)上逐漸研發(fā)出來的，所以同時(shí)具備了定速巡航和自動(dòng)調(diào)整汽車行駛速度的能力以及可以保持安全車間時(shí)距的功能。巡航控制系統(tǒng)的核心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)控制目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于巡航控制系統(tǒng)主要在傳感器和控制策略等方面進(jìn)行大量研究。

1 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)發(fā)展概述

ACC 的歷史最早能夠追溯到上世紀(jì)70 年代，1971 年，美國(guó) EATON（伊頓）公司就開始從事這方面研究工作，其研究的原型是日本三菱公司提出的PDC 控制系統(tǒng)，上世紀(jì)90 年代三菱汽車在本國(guó)市場(chǎng)首次推出第一次款A(yù)CC 控制系統(tǒng)，從此之后豐田、本田、福特、博世等公司也紛紛加入巡航控制系統(tǒng)的研發(fā)行列。巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展分為三個(gè)階段：首階段為上世紀(jì)90 年代初時(shí)針對(duì)高速公路而設(shè)計(jì)的巡航控制系統(tǒng)，以定速巡航和安全車距為兩大主要功能而設(shè)計(jì)的；第二階段為上世紀(jì)90 年代末針對(duì)城市啟停工況而設(shè)計(jì)的ACC 系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起步、停車以及低速跟車等巡航功能；第三階段為21 世紀(jì)初至今，考慮燃油經(jīng)濟(jì)性、跟蹤性能和駕駛員感受等多因素巡航控制系統(tǒng)。另外，ACC 的控制系統(tǒng)熱的功能也在不斷更新和升級(jí)，例如，利用ACC 系統(tǒng)與車道保持相融合，以及與避撞相結(jié)合等，這種融合打破了傳統(tǒng)巡航控制系統(tǒng)只有縱向跟車功能的局限，進(jìn)一步提升了汽車自動(dòng)安全駕駛的等級(jí)。目前，巡航控制系統(tǒng)主要安裝在中高檔轎車上，且國(guó)內(nèi)缺乏成熟控制算法以及ACC 生產(chǎn)制造商。國(guó)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)ACC 技術(shù)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，并取得了階段性的進(jìn)展。

2 ACC 系統(tǒng)的架構(gòu)與工作原理

其基本組成如圖 1 所示。信息采集模塊主要用于探測(cè)本車狀態(tài)及車輛行駛環(huán)境等相關(guān)信息，信號(hào)控制模塊主要策出車輛的該如何進(jìn)行控制，并將期望的行車加速度信號(hào)給油門驅(qū)動(dòng)或剎車制動(dòng)執(zhí)行模塊；執(zhí)行單元主要由油門踏板、剎車踏等執(zhí)行器組成，人機(jī)交互界面主要作用是對(duì)ACC 系統(tǒng)的功能選擇及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。巡航控制系統(tǒng)工作原理如圖2 所示，雷達(dá)傳感器開始檢測(cè)前方車輛行駛狀況，根據(jù)前方車輛的行駛工況從而來決定巡航控制模式被激活，巡航系統(tǒng)將根據(jù)駕駛員設(shè)定的相關(guān)參數(shù)和車輛采集的行車信息等，使汽車達(dá)到希望的加速度；如果前方有車輛且距離較近或速度很慢，則會(huì)從巡航控制轉(zhuǎn)換為跟車模式，ACC 根據(jù)駕駛員設(shè)定的車頭時(shí)距和車輛傳感器采集的相關(guān)信息計(jì)算出期望間距，自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度和剎車壓力等，使車輛以理想的車間距跟隨前車行駛。

圖1 ACC 系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)

圖2 巡航系統(tǒng)工作原理

3 ACC 未來的應(yīng)用前景

車輛自適應(yīng)巡航系統(tǒng)已得到了一定的發(fā)展成果，但對(duì)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的研究還有一些技術(shù)問題需要深入討論。下面對(duì)其中的一些共 性問題諸如控制算法對(duì)于環(huán)境適應(yīng)性差，誤報(bào)率比較高進(jìn)行總結(jié)，并預(yù)測(cè)巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和 應(yīng)用前景：

（1）ACC 系統(tǒng)難以識(shí)別靜止物體，例如道路的幾何形狀和天氣情況都ACC 系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的局限性。另外車輛的傳感器技術(shù)。巡航控制系統(tǒng)對(duì)于行車環(huán)境的適應(yīng)性比較差，需要多傳感器融合技術(shù)從而來降低巡航控制器的誤報(bào)比率，這樣可以更好地確定車輛此時(shí)行駛狀態(tài)。集成化控制可以降低生產(chǎn)和開發(fā)成本，加強(qiáng)車載系統(tǒng)間的相互聯(lián)系，充分獲取各種行車信息，這樣可以大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性.所以，將雷達(dá)和攝像頭信息相融合，開展復(fù)雜行車環(huán)境下巡航控制系統(tǒng)的環(huán)境感知技術(shù)研究是未來發(fā)展的應(yīng)用前景。

（2）在建模過程均對(duì)對(duì)車輛進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化處理，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的動(dòng)態(tài)特性、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性等動(dòng)力學(xué)特性的影響考慮較少。未來巡航控制系統(tǒng)的應(yīng)用將同其它的插在電控系統(tǒng)相互融合，從而形成智能車載電子控制系統(tǒng)。所以，建立考慮汽車動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)時(shí)滯、時(shí)變、耦合和強(qiáng)非線性特性等特點(diǎn)是未來巡航系統(tǒng)的研究方向之一。

（3）雖然在城市工況中的起－停巡航控制系統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)在部分車型實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是ACC 系統(tǒng)還不能完全適應(yīng)前車緊急加速、緊急減速、前車切出、旁車切入等行車工況，因此，未來ACC 系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)該進(jìn)一步提升巡航控制器的可靠性和魯棒性，隨著ACC 系統(tǒng)的日趨完善，人們對(duì)其要求也在提升，節(jié)能型 ACC 逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

4 結(jié)語

首先從整體上介紹了ACC 系統(tǒng)發(fā)展歷程．然后指出了 ACC 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)外巡航控制系統(tǒng)已經(jīng)做了很多相關(guān)工作，且已經(jīng)實(shí)車實(shí)驗(yàn)并應(yīng)用于部分車型，而國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大的差距，目前僅集中在同濟(jì)大學(xué)和吉林大學(xué)等幾所高校及研究機(jī)構(gòu)中。最后，歸納 ACC 研究的共性問題與發(fā)展趨勢(shì)。技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)未來ACC主要向以下幾個(gè)方向發(fā)展：①全速ACC 進(jìn)一步普及；②ACC與LKA 等其他駕駛輔助技術(shù)集成；③ACC 與智能交通系統(tǒng)相融合。