基于模糊控制的汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)跟隨工況的仿真

盧中德

0 引言

模糊控制是根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和操縱經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的、經(jīng)過歸納總結(jié)形成的用自然科學(xué)的語言所表述的一種控制策略[1]。通過電腦，可以把專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的模糊規(guī)則變成機(jī)器語言，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的控制，并且使用模糊控制的理論進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)時(shí)不需要清楚受控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型[5]。

1 模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制系統(tǒng)主要有控制器FC，受控對(duì)象G 和反饋傳感通道H 組成[2]，如圖1 所示。

圖1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文章構(gòu)建以速度差和距離差為輸入，油門開度和制動(dòng)力為輸出的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的模糊控制器。模糊控制規(guī)則是對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而形成的語句。模糊規(guī)則庫由IF-THEN 結(jié)構(gòu)組成[3]。

其中Ai為距離偏差比例量E1的模糊子集，Bi為相對(duì)速度比例量E2的模糊子集，Ci為踏板量的比例量U 的模糊子集[4]。

模糊規(guī)則庫的建立的原則是根據(jù)駕駛?cè)笋{駛習(xí)慣經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)及專家經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)來制定的[4]。文章中建立的兩個(gè)輸入量的隸屬度函數(shù)模糊子集是五個(gè)，可以得到二十五條模糊控制規(guī)則，如表1 所示。

圖2 為模糊規(guī)則輸出曲面，可以看出文章設(shè)計(jì)的模糊控制器輸出較為平滑連續(xù)，符合巡航系統(tǒng)的模糊控制器的使用要求。

圖3 為自適應(yīng)巡航系統(tǒng)仿真圖，主要由自適應(yīng)巡航控制器和車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型組成。輸入信號(hào)是速度差和距離差，輸出信號(hào)為車速，縱向動(dòng)力學(xué)模型輸出車速反饋給自適應(yīng)巡航控制器形成閉環(huán)控制。

圖2 模糊曲面觀察窗口

表1 模糊控制規(guī)則表

圖3 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)仿真圖

圖4 跟隨行駛工況仿真曲線圖

2 跟隨行駛工況仿真

跟隨行駛工況是指自適應(yīng)巡航車輛前方同一車道上有車輛切入本車道，而且切入行駛車輛的車速大于自適應(yīng)巡航車輛的行駛速度，當(dāng)自適應(yīng)巡航車輛檢測(cè)到前方有車輛時(shí)，根據(jù)控制器計(jì)算兩車的安全行駛距離及巡航車速，控制本車安全跟隨前車行駛。初始距離用Sr 表示、安全行駛距離用Sa 表示，前車車速用表示Vp，巡航車速用表示Va。

仿真情景為：初始時(shí)刻t=0 s 時(shí)，Sa＞Sr。這種行駛工況為巡航車輛速度小于本車道前方車輛的速度，初始時(shí)刻巡航車輛和前車之間實(shí)際距離小于安全距離。

仿真參數(shù)設(shè)定為：t=0 s 時(shí)，Vp=70 km/h，Va=60 km/h，Sr=26 m，Sa=27 m。仿真計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。

3 小結(jié)

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，文章中設(shè)計(jì)的模糊控制器能對(duì)目標(biāo)車速進(jìn)行控制，車速從60 km/h 到70 km/h 的控制過程中，速度變化平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大的超調(diào)量，控制效果較理想。在車距控制中，實(shí)際車距和理想車距沒有出現(xiàn)較大偏差，控制的距離較理想。綜述，本文設(shè)計(jì)的模糊控制器能夠較精確的控制車輛在跟隨行駛工況下的車速和車距。