汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的安全距離模型仿真研究

盧中德

（遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

0 引言

在汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的仿真研究中，安全距離模型的選取直接影響車輛間的車距、行駛的安全性、駕乘的舒適性。 文章使用Matlab/Smulink，搭建車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型并建立自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的模糊控制器，進(jìn)行不同車輛安全距離模型的對(duì)比仿真，選擇出適合文章建立的模糊控制器的安全距離模型。

1 車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型的設(shè)計(jì)

使用Matlab/Simulink 分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型、液力變矩器模型、自動(dòng)變速器模型、車輛傳動(dòng)、行駛系統(tǒng)模型構(gòu)成了車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型，如圖1 所示。

2 安全距離模型設(shè)計(jì)

安全車間距是兩車保持不發(fā)生兩車追尾，又不降低通行能力的適當(dāng)距離[1]。

2.1 基于制動(dòng)過(guò)程的安全距離模型

基于制動(dòng)過(guò)程的安全距離模型Sa 的表達(dá)式如下[2]。

式中：Sa 表示安全距離，v1表示自車的行駛速度，a1表示自車的最大減速度，v 表式自車速度與前方車輛速度的差值，d0表示停車最小間距。

2.2 基于車頭時(shí)距的安全距離模型

基于車頭時(shí)距的車間距策略分為兩種：一是固定車頭時(shí)距，二是可變車頭時(shí)距[5]。固定車頭時(shí)距安全距離模型[4]如下式2 所示。

圖1 車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型

在自適應(yīng)巡航系統(tǒng)工作時(shí)候，一般工況都處于緊隨工況， 所以可以認(rèn)為前后兩車的速度v1和v2相等，所以2 式可以表示如下式3 所示。

2.3 本文安全距離模型

本文的安全距離模型是基于固定車頭時(shí)距安全距離和車間時(shí)距兩部分組成，考慮了前車速度對(duì)車距的影響因素[3]。 其表達(dá)式為。

式中，th1、th2和 th3為常數(shù)且大于 0，v1為巡航車速，vr為兩車的相對(duì)速度，其表達(dá)式為。

由式3、式4 和式5 可得本文得安全距離模型公式為。

式中，th1、th2和 th3分別取值為 1、0.03 和 0.08[3]。

3 AC C 控制器的設(shè)計(jì)

ACC 控制器是基于模糊控制的理論[6]設(shè)計(jì)的，其輸入量為安全車距與實(shí)時(shí)車距差（Δd）和前車車速與巡航車速差（Δv），輸出量為制動(dòng)踏板壓力和節(jié)氣門開度（throttle&brake），其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2 ACC 控制器的結(jié)構(gòu)

模糊規(guī)則庫(kù)的建立的原則是根據(jù)駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣的總結(jié)及專家經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)來(lái)制定的[6]。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真情景為：初始時(shí)刻，自適應(yīng)巡航車輛速度小于本車道前方車輛的速度，加速跟隨前車。 基于制動(dòng)過(guò)程安全距離算法車速用Vz表示， 與前車的初始距離用Sz表示； 基于車頭時(shí)距安全距離算法車速用Vc表示，與前車的初始距離用Sc表示；本文的安全距離模型算法車速用 表示，與前車的初始距離用 表示；前車即目標(biāo)車輛車速用Vq表示。

仿真工況： 仿真參數(shù)設(shè)定為：t=0 s 時(shí)，Vz=Vc=Vb=90 km/h，Vq=100 km/h，Sz=91.6 m，Sc=39.5 m，Sb=40.2 m。其中三種算法的初始距離均為理想安全距離。

圖3 跟隨工況的速度變化對(duì)比曲線

5 小結(jié)

仿真結(jié)果分析表明，基于車頭時(shí)距安全距離算法速度的調(diào)節(jié)反應(yīng)較快，但會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)量；而基于制動(dòng)過(guò)程的安全距離算法雖然速度調(diào)節(jié)較平滑，但其跟車距離較大；本文的安全距離算法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)大的波動(dòng)，且跟車距離更符合實(shí)際駕駛的情況，故本文選用此安全距離模型。綜述，在汽車自適應(yīng)巡航仿真研究中，合適的安全距離模型選取直接影響仿真結(jié)果及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究。