萬(wàn)雄　彭憶強(qiáng)　鄧鵬毅　楊麗蓉　毛攀

摘 要：文章首先利用模糊法則建立能夠反映駕駛員反應(yīng)時(shí)間的隸屬度函數(shù)，并根據(jù)制動(dòng)過(guò)程理論建立安全距離模型，通過(guò)安全距離模型建立期望加速度模型。然后分別建立加速和制動(dòng)模型，在此基礎(chǔ)上制定控制模式轉(zhuǎn)換策略，基于PID算法設(shè)計(jì)巡航控制器。最后在Matlab/Simulink和CarSim聯(lián)合仿真環(huán)境中驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的有效性。關(guān)鍵詞：模糊法則;安全距離模型;模式轉(zhuǎn)換策略;巡航控制中圖分類號(hào)：U467.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-25-04

Abstract： The membership function that can reflect the driver's reaction time is firstly established by using the fuzzy rule， and the safety distance model is established according to the braking process theory， and the expected acceleration model is established through the safety distance model in this paper. Then the acceleration model and the braking model are established respectively， based on which the control mode conversion strategy is formulated， and the cruise controller is designed based on PID algorithm. Finally， the effectiveness of the designed control system was verified in the Matlab/ Simulink and CarSim co-simulation environment.Keywords： Fuzzy rule; Safety distance model; Pattern switching strategy; Cruise controlCLC NO.： U467.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-25-04

引言

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)隨著人們對(duì)于安全和智能駕駛的關(guān)注越來(lái)越受到關(guān)注。它通過(guò)監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)實(shí)時(shí)控制智能車與其它車之間安全距離，從而很大程度減輕駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)，提升駕駛的安全性。因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，本文在文獻(xiàn)^[1]的基礎(chǔ)上，建立起能夠綜合反映駕駛員反應(yīng)時(shí)間的隸屬度函數(shù)，進(jìn)而建立準(zhǔn)確的安全距離模型，并制定巡航控制策略，最后在仿真環(huán)境中對(duì)所建立的模型與策略進(jìn)行驗(yàn)證，得到較好的效果。

1 安全距離模型

1.1 駕駛員反應(yīng)時(shí)間

駕駛員反應(yīng)時(shí)間影響因素眾多，主要有速度、駕齡、應(yīng)變能力和生理狀態(tài)等^[2]，本文根據(jù)葛如海等人的文獻(xiàn)，把駕齡、應(yīng)變能力和生理狀態(tài)加權(quán)做為綜合指標(biāo)值，把速度做為另一指標(biāo)值，建立能夠反映駕駛員反應(yīng)時(shí)間的模糊隸屬度函數(shù)。設(shè)駕駛員的綜合指標(biāo)值為y，車速為v，駕駛員反應(yīng)時(shí)間為t，通過(guò)模糊化處理可以設(shè)置三個(gè)變量的模糊子集均為[PS、PM、PL]，依次分別為正小、正中、正大。隸屬度函數(shù)均采用三角形隸屬度函數(shù)，相應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)如圖1-圖3，建立模糊推理規(guī)則見(jiàn)表1。

1.2 安全距離模型

車輛在道路上進(jìn)行巡航行駛時(shí)，需要實(shí)時(shí)通過(guò)信息采集系統(tǒng)測(cè)量車輛的行車信息，控制器根據(jù)采集到車輛信息進(jìn)行處理，計(jì)算出當(dāng)前的安全距離，并與采集到后車與前車或前方目標(biāo)之間的相對(duì)距離進(jìn)行對(duì)比，判斷后車的安全狀態(tài)^[3]。目前國(guó)內(nèi)外存在各種各樣的安全距離模型，本文采用較為成熟的基于車輛制動(dòng)過(guò)程的安全距離模型。

2.3 加速模型

當(dāng)車輛處于穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，不同速度下車輛達(dá)到不同加速度對(duì)應(yīng)著不同的節(jié)氣門開(kāi)度值，在CarSim中進(jìn)行仿真工況模擬，以不同車速進(jìn)行測(cè)試，測(cè)出車輛在各個(gè)車速下極限加速度的節(jié)氣門值，在Simulink二維查表某塊中建立車輛在各個(gè)車速和加速度下發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開(kāi)度，其節(jié)氣門開(kāi)度特性如圖4所示。

2.4 控制模式切換

車輛在實(shí)際道路行駛中，制動(dòng)和油門控制是分開(kāi)動(dòng)作的，兩種動(dòng)作不可以同時(shí)操作。為了避免加速控制和制動(dòng)控制之間高頻率的切換，定義了加速/制動(dòng)切換的判斷公式如下：

2.6 系統(tǒng)整體模型

在Carsim中分別搭建好前車與后車的車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型。雷達(dá)系統(tǒng)將探測(cè)到的后車信息和前車信息傳遞給行車間距控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)根據(jù)安全距離模型計(jì)算出后車車輛期望加速度，此期望加速度經(jīng)過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)后，輸入給車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)基于此加速度輸出期望的制動(dòng)壓力和節(jié)氣門開(kāi)度，并將此值傳給制動(dòng)及節(jié)氣門控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)輸出相應(yīng)的制動(dòng)力及節(jié)氣門開(kāi)度給后車動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)行制動(dòng)及加速控制，實(shí)現(xiàn)后車自適應(yīng)的巡航作用?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖5所示。

3 仿真分析

為驗(yàn)證所建立的控制策略的有效性^[5]，利用Matlab/ Simulink與CarSim進(jìn)行聯(lián)合仿真，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)仿真模型如下：

在Carsim中設(shè)置道路為1200m，兩車道，向東直路，仿真時(shí)間設(shè)為80秒。設(shè)置兩車的相對(duì)位置，車速和前車的制動(dòng)工況。

設(shè)定自車在仿真道路工況的原點(diǎn)，前車位于自車正前方50m的位置，設(shè)置后車初始速度為0km/h，前車初始速度為40km/h，在仿真開(kāi)始40s時(shí)，突然對(duì)前車主制動(dòng)缸施以10Mpa的制動(dòng)壓力，前車能夠以地面提供的最大制動(dòng)減速度減速停止。運(yùn)行建立的系統(tǒng)整體仿真模型，可以得到兩車速度曲線，車間距曲線，位移曲線分別如圖7、圖8、圖9所示。

從圖7可以看出，前車在加減速的同時(shí)，后車車速也隨著前車的車速自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)前車減速時(shí)，前后車車距減小，后車能做出相應(yīng)的減速措施以防追尾;當(dāng)前車加速時(shí)，車距逐漸增大，后車隨后能加速跟隨前車運(yùn)動(dòng)。從圖8可以看出，實(shí)際車距也能自動(dòng)的跟隨前車自動(dòng)的發(fā)生變化，并且兩車停車后的實(shí)際間距和期望的間距一致。

從圖9位移曲線可以看出后車停在前車后方大約5m的地方，實(shí)際距離和期望距離基本一致，避免了兩車相撞，說(shuō)明此控制策略的有效性，同時(shí)也說(shuō)明此自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)具有較好的適用性。

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