汽车自适应巡航的间距算法和控制策略

黄思源

（同济大学 同济大学中德学院，上海 201804）

汽车自适应巡航的间距算法和控制策略

黄思源

Huang Siyuan

（同济大学 同济大学中德学院，上海 201804）

基于汽车行驶模型和制动模型，建立汽车自适应巡航系统的间距算法常微分方程组，且给出通用数值解计算方法。基于此间距算法，设计汽车自适应巡航控制的控制策略，将前后两车间距进行区域划分，并设计各区域内驱动与制动控制策略。汽车自适应巡航系统能够基于间距算法的数值解，输出相应驱动或制动数值指令。

自适应巡航控制；间距算法；控制策略；常微分方程；数值解法；主动避撞

0 引 言

划分[5]。

通过汽车行驶模型和制动模型，建立基于车间区域划分间距算法的常微分方程组，并给出基于常微分方程数值解法和数值积分解法的通用数值求解方法。同时提出汽车自适应巡航控制策略，包括ACC系统的启动方法和主/被动退出方法，不同区域内本车应处工况和不同工况内本车应当采取的驱动和制动转矩控制策略。

1 ACC系统的间距算法和通用解法

1.1 车速判据

汽车定速巡航时，行驶总阻力与发动机或电动机提供的驱动力平衡，此时车速应为前车速度和定速巡航速度中的最小值，即

v=min[v前车，v巡航]

式中，G为汽车重力，N；θ为坡道角度（上坡取正值，下坡取负值），（°）；c为实际道路滚动阻力换算系数；f0, f1, f4为滚动阻力系数；v为车速，km/h；CD为空气阻力系数；A为迎风面积，m2；M为汽车质量，kg；δ 为汽车旋转质量换算系数；Ttq为发动机或电动机提供的输出转矩，N·m；ig为变速器传动比；i0为主减速器传动比；ηT为传动系机械效率；rs为车轮静力半径，m。

式（1）中，等号左侧为汽车行驶驱动力，右侧为汽车行驶总阻力，且各项依次为滚动阻力、空气阻力和坡度阻力[6]。

1.2 第1车距判据和数值解法

考虑两车间距过小，本车需要紧急制动，此时制动力恒定为ABS系统提供的最大制动力，制动力增大过程中制动减速度为线性，则制动过程满足下列关系

2.转变观念发挥模范作用。加强思想教育，提高思想认识，彻底转变党员干部的思想观念，充分发挥先锋模范作用，通过党建带团建、带工青妇。同时，充分调动老干部的工作积极性，采取以老带新的方式，对青年干部做好传帮带，提高税收执法水平，推动税收工作向前发展。

式中，FABS为ABS系统提供的最大制动力，N；v本车为本车当前速度，m/s；v前车为前车速度，m/s；T1为制动系起作用时间，s；T2为制动力增大时间，s；T3为最大制动力维持时间，s；d为前车和本车初始间距，m。

将式（2）转化为一阶常微分方程的初值问题：

将式（11）、（12）代入式（3），最终可求得前车和本车初始间距 d，即为第 1车距判据的数值解。

1.3 第2车距判据和数值解法

考虑汽车自由滑行降速，此时发动机或电动机提供的驱动力和制动系提供的制动力均恒为零，则降速过程满足下列关系：

将式（22）、（23）代入式（14），最终可求得前车和本车初始间距d，即为第2车距判据的数值解。

2 ACC系统的控制策略

ACC系统启动方法需首先满足车速不低于30 km/h，且由驾驶员按键启动进入自适应巡航模式。ACC模式的退出方法分为被动退出和主动智能退出，被动退出由驾驶员再次按下按键退出自适应巡航模式，主动智能退出则是车辆满足退出条件时自动退出自适应巡航模式。ACC模式主动智能退出条件为：当制动踏板踩下速度大于阈值或者当转向盘转角速度大于阈值，视为识别到本车驾驶员的急制动意图和急转向意图，此时ACC模式自动退出。

基于间距算法的第1车距判据、第2车距判据和车速判据，将两车间距由前至后划分为避撞区域、制动区域、降速区域和加速区域；ACC模式下的本车相应处于紧急制动工况、制动工况、减速工况和加速工况。两车间距的区域划分见图1。

其中满足车速判据时，汽车处于定速巡航（SCC）模式，处于减速和加速工况的临界状态，即定速巡航（SCC）工况。不同工况下的控制策略，以前后两车车速为输入，均为采用PID控制方法对汽车制动压力或输出转矩进行控制，相应分别启动ABS制动或主动避撞、制动力PID控制、降低输出转矩PID控制和增大输出转矩PID控制。

基于间距算法的ACC系统内控制策略见流程图2。

图2中TD为汽车当前输出驱动转矩，TB为汽车当前输出制动力矩，S为两车当前间距，Ttq为车速判据平衡转矩，S2为第 2车距判据数值解，S1为第 1车距判据数值解。避撞区域内考虑采取主动避撞策略[7]。

3 算法模型仿真验证

通过建立 ACC系统间距算法和通用解法的ASCET模型，算法模型能够计算得到车速判据的精确解和第1、第2车距判据的数值解，再确定本车在当前车距下的应处工况，结合前后车速在应处工况内，按照ACC系统的PID控制策略调整汽车的节气门开度或电动机输出转矩，并且向驾驶员给出相应的警示信息和报警动作。此外还可通过ASCET平台开发ACC系统的整车控制器快速原型且实现C代码自动生成[8]。

4 结 论

通过汽车行驶模型和制动模型，推导出车速判据和第1、第2车距判据，且给出相应常微分方程组的通用数值求解方法。再基于数值解划分前后两车间的区域，确定相应区域内本车应处的工况和工况下车辆驱动或制动的PID控制方法。通过 ASCET模型的仿真实验，验证文中提出的基于间距算法、通用解法和基于PID控制的ACC系统控制策略的可行性和正确性。

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[2]高峰，李克强，连小珉. 基于人-路一体化的汽车主动避撞安全技术[C]. 北京汽车工程学会2005学术年会，2005：119-126.

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[7]边明远. 基于紧急变道策略的汽车主动避障安全车距模型[J].重庆理工大学学报（自然科学），2012，26（4）：1-4.

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U463.5.02：U463.67

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2014.06.002

2014-06-18

1002-4581（2014）06-0007-04