車輛自適應(yīng)巡航控制策略及算法對(duì)比分析

苗育西　唐君平

摘 要：本文研究了自適應(yīng)巡航控制策略及算法，重點(diǎn)分析了巡航控制中模糊控制和PID算法的跟車巡航及定速巡航模式，研究了安全距離的固定距離模式及可變距離模式，最后對(duì)所研究的控制策略及算法基于MATLAB/Simulink與CarSim軟件聯(lián)合仿真進(jìn)行驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明所研究的控制策略及算法表現(xiàn)良好，符合實(shí)際情況，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)巡航 控制策略 控制算法 仿真

Comparative Analysis of Vehicle Adaptive Cruise Control Strategy and Algorithm

Miao Yuxi Tang Junping

Abstract：This paper studies the adaptive cruise control strategy and algorithm， focusing on the following cruise and constant speed cruise modes of fuzzy control and PID algorithm in cruise control， and studies the safe distance fixed distance mode and variable distance mode， and finally the control strategy and algorithm studied are verified based on the joint simulation of MATLAB/Simulink and CarSim software. The simulation results show that the control strategy and algorithm studied perform well， conform to the actual situation and meet the design requirements.

Key words：adaptive cruise， control strategy， control algorithm， simulation

1 引言

汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control system， ACC）是車輛主動(dòng)執(zhí)行加速或減速請(qǐng)求，穩(wěn)定跟車行駛[1]。ACC分為定速巡航、跟車巡航兩種模式[2-4]。

2 控制策略及算法

2.1 自適應(yīng)巡航控制策略

本文控制策略分為定速巡航、自適應(yīng)巡航，狀態(tài)切換依據(jù)駕駛員開關(guān)輸入，自車與前車狀態(tài)信息等[5]。具體工作流程如圖1所示。

2.2 安全距離控制算法

安全距離控制算法分固定安全距離和可變安全距離，可變安全距離分為固定車間時(shí)距CTH（Constant Time Headway）與可變跟車時(shí)距VTH（Variable Time Headway）[6]。

1）固定車間時(shí)距為：

為兩車安全間距，為自車車速，為設(shè)置的車間時(shí)距，為自車跟停的最小安全間距。

2）可變車間時(shí)距是變化的[7]，由自車車速和行駛壞境決定，為：

，為大于0的常數(shù)，得到車間時(shí)距跟車速相關(guān)，車速要求低于最高車速，即滿足式：

根據(jù)實(shí)際情況，本文采用可變安全距離[7]算法，得到車間時(shí)距：

，，均為大于0的常數(shù)，為最大值不超過3s，為自車與前車的相對(duì)速度，為：

為前車車速，得到實(shí)際距離和安全距離一致，符合實(shí)際情況。

2.3 距離控制算法

2.3.1 模糊控制器設(shè)計(jì)

采用模糊控制算法設(shè)計(jì)距離控制器，如圖2所示。

2.3.2 控制輸入輸出變化論域

模糊化過程是指將輸入值的數(shù)值轉(zhuǎn)化為模糊語言的過程，需定義基本論域，選擇合適語言變量和隸屬函數(shù)，完成模糊化[8]。

設(shè)計(jì)控制控制模糊論域?yàn)椋瑫r(shí)距離差值、距離差值變化率、加速度差值、制動(dòng)壓力基本論域?yàn)?、、、，量化因子分別為：

模糊語言轉(zhuǎn)化為數(shù)值的比例因子為：

2.3.3 隸屬函數(shù)選取及設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)模糊規(guī)則如表1：

為避免自車加速過程中產(chǎn)生制動(dòng)力，設(shè)計(jì)模糊規(guī)則如表2。

2.4 速度控制算法

本文速度控制采用PID控制算法，如圖3所示。

3 仿真驗(yàn)證

3.1 CarSim與Simulink聯(lián)合仿真

本文基于CarSim和Simulink聯(lián)合仿真驗(yàn)證控制策略及算法。

3.2 典型工況驗(yàn)證

3.2.1 安全距離

為驗(yàn)證安全距離控制算法，設(shè)計(jì)工況：自車與前車達(dá)到跟車穩(wěn)態(tài)，改變穩(wěn)態(tài)時(shí)車速，結(jié)果如圖4所示。

圖4可知，VHT與CHT安全距離表現(xiàn)一致，可變車間時(shí)距與實(shí)際相符，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 定速巡航

設(shè)計(jì)條件：自車車速為95km/h，前車車速為100km/h，前車與自車縱向距離為200m，結(jié)果如下。

從圖5、6知：當(dāng)前車高速行駛且不在自車距離控制范圍內(nèi)時(shí)，自車定速巡航，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 跟車巡航

設(shè)計(jì)條件：自車以95km/h車速定速巡航，前車以80km/h與自車縱向距離70m勻速行駛，仿真結(jié)果如下。

從圖7、8知：跟車時(shí)距滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

研究將模糊控制算法、PID控制算法應(yīng)用于自適應(yīng)巡航控制設(shè)計(jì)中，分析了固定車間距離和可變安全距離算法;基于MATLAB/Simulink與CarSim軟件聯(lián)合仿真對(duì)控制算法進(jìn)行分析驗(yàn)證，得到所研究的控制策略及算法效果。結(jié)果表明：所研究的控制算法在定速巡航、跟車巡航表現(xiàn)良好，符合實(shí)際情況，滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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