一種全速型自適應巡航系統狀態的轉換機制

張宏，馮興龍（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

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一種全速型自適應巡航系統狀態的轉換機制

張宏，馮興龍
（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

摘要：自適應巡航控制系統(ACC:Adaptive Cruise Control System)屬主動安全技術，是在傳統巡航控制基礎上，根據本車與前車或障礙物之間的相對距離，自動施加驅動或制動控制來保持合適的安全間距；全速型ACC系統走停功能是在基礎型自適應巡航控制的基礎上，通過控制汽車的制動和驅動，實現汽車的起步和停車的自動控制。文章提出一種全速型ACC系統的控制邏輯方案，試驗結果表明，所設計的方案可明顯改善ACC系統的性能，同時提升駕駛安全性和舒適性。

關鍵詞：全速型ACC；控制邏輯；啟停功能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U463.61Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-130-04

簡介

描述：ACC（自適應巡航）狀態機是ACC系統的核心，與整車其它控制系統密切關聯。狀態機檢測其它系統的工作狀態，并根據駕駛員的操作完成初始化、關閉、未激活、激活和故障模式的切換，最終將計算結果發送到各執行單元,實現對車輛加減速控制。

1、ACC系統主狀態（ACC Main Mode）

ACC主狀態由初始化、關閉、激活、未激活、故障五個模式組成，之間的關系如圖1所示：

圖1　ACC主狀態

1.1初始化模式（Initializaton Mode）

初始化模式為ACC功能運行前期自身檢測是否滿足功能正常激活條件。初始化時間不能超過一定時間（如200ms），初始化過程中系統信號發送默認值，初始化完成后系統信號發送默認值。

進入條件：點火開關調至ON檔，ACC雷達上電。

退出條件：（1）初始化完成后，未檢測到系統故障，進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，進入故障模式。

1.2關閉模式（Off Mode）

關閉模式為當前功能關閉，操作開關后進入關閉時間不大于200ms。關閉狀態過程中系統信號發送計算值，關閉狀態完成后系統信號發送默認。

進入條件：

（1）點火開關調至ON檔，ACC主開關關閉，系統會從未激活模式、激活模式退出到關閉模式。

退出條件：

（1）其它ACC主開關開啟，系統從關閉模式進入未激活模式。

（2）檢測到系統故障，進入故障模式。

1.3未激活模式（Passive Mode）

未激活模式為當前狀態不滿足激活條件，此時駕駛員操縱開關，ACC功能無法激活。

進入條件：

（1）系統處于關閉模式，ACC雷達上電后完成初始化過程，將ACC主開關打開。

（2）系統由激活模式/未激活模式轉為故障模式，可逆故障解除或系統處于可逆故障模式的時間超過3s。

（3）系統處于激活模式，滿足快速退出條件或者緩慢退出條件。

退出條件：

（1）ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）激活抑制條件不滿足，駕駛員按SET或者Resume(已經設定過車速)激活ACC，系統進入激活模式。

1.4激活模式（Active Mode）

激活模式表示為當前功能已經激活，正在控制運行。進入條件：

（1）系統處于未激活模式，激活抑制條件不滿足，駕駛員按SET或者Resume(已經設定過車速)激活ACC。

退出條件：

（1）將ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）滿足快速退出條件或者緩慢退出條件。

（4）系統退出到未激活模式。

1.5故障模式（Failure Mode）

當系統故障模式由可逆故障模式和不可逆故障模式組成，之間的關系如圖2所示

圖2　故障模式

1.5.1可逆故障（Reversible）

可逆故障是當檢測到故障條件不再滿足時，可以自行恢復的故障，例如timeout或busoff。不需要重新點火也能恢復。但是如果故障條件一直存在，則即使重新點火也不能恢復。暫定為：通訊故障；

主要涉及ACC自身監測信號Timeout、checksum、雷達為校準等校驗模塊方面原因出現問題導致功能無法實現，在單個點火周期故障消除，系統能夠自動恢復。

進入條件：

（1）進入故障模式后，系統自動判斷如果為可逆故障，系統進入可逆故障模式。

退出條件：

（1）進入可逆故障模式后，系統再次判斷。

如果為不可逆故障，系統進入不可逆故障模式；

如果可逆故障解除，系統進入初始化或者未激活模式。

1.5.2不可逆故障（Irreversible）

不可逆故障的定義是不能在一個點火循環內自動恢復的故障，可以通過嘗試重啟車輛（=重啟系統）來恢復的故障；但是如果仍有故障條件，則繼續停留在故障模式。暫定為：軟硬件故障。

主要涉及ACC自身軟硬件模塊方面以及在同一個點火周期故障無法消除，系統不能自動恢復。

進入條件：

（1）進入故障模式后，系統自動判斷如果為不可逆故障，系統進入不可逆故障模式。

（2）進入可逆故障模式后，系統再次判斷，如果為不可逆故障，系統進入不可逆故障模式。

2、ACC系統子狀態（ACC Specific State）

ACC系統子狀態激活模式包含多個轉換狀態，如走停模式、超越模式等，之間的關系如圖3所示：

圖3　激活模式

2.1激活控制模式（Active Control Mode）

ACC控制車輛定速行駛或跟隨前方車輛行駛，此時駕駛員不用踩踏油門踏板，不用踩踏制動踏板控制車輛加減速。

進入條件：

（1）系統進入激活模式后，車輛非靜止狀態，駕駛員沒有踩油門踏板。

（2）系統處于超越模式（60s內，可調），駕駛員松開油門踏板。

（3）系統處于走停模式，前方車輛狀況允許起步，駕駛員未踩剎車。

如果系統處于靜止激活模式，系統會直接進入激活控制模式。

如果系統處于靜止等待模式，需要駕駛員按RES或者輕點油門踏板激活。

退出條件：

（1）將ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）滿足快速退出條件或緩慢退出條件，系統退出到未激活模式。

如果滿足緩慢退出條件，車輛正在減速，系統先進入制動延續模式再退出到未激活模式。

（4）駕駛員踩踏油門踏板，系統進入超越模式。

（5）車輛跟隨目標車停止進入走停模式。

2.2走停模式（Stop&Go）

走停模式由靜止激活模式和靜止等待模式組成，之間的關系如圖4所示：

圖4　走停模式

車輛跟隨前車達到停止狀態后， 如果前車在3秒內啟動，系統從靜止激活模式直接進入激活控制模式，ACC可自動跟隨前車起步駛出。當超出該時間后，系統進入靜止等待模式，則需要通過駕駛員的確認車輛才可駛出，駕駛員可以通過操縱ACC開關（按下Resume按鍵）或者踩踏油門踏板來進行，該確認指令在一定時間段內（如3-180s）有效（超出時間段后后EPB接管剎車，系統進入未激活模式）。在這段時間內駕駛員必須注意車輛前方區域的障礙物并且在需要的情況下干預ACC系統，駕駛員尤其要特別注意在ACC車輛正前方或者正在進入該區域的行人。

進入條件：

（1）系統進入激活模式后，駕駛員未踩油門踏板，車輛處于靜止狀態。

（2）車輛跟隨目標車停止，系統進入走停模式。

退出條件：

（1）車輛跟隨目標車停止，如果目標車在3秒內啟動，系統進入激活控制模式。

（2）車輛跟隨目標車停止，如果停止時間超過180秒，系統進入未激活模式。

（3）滿足快速退出條件或緩慢退出條件，系統退出到未激活模式。

2.2.1靜止激活模式(Stand Active Mode)

跟隨前車停止后，在停止后一定時間（如3s）內前車駛離，無需駕駛員操作，在前車駛離后本車自動起步行駛。

進入條件：

（1）車輛跟隨目標車停止，停車時間不超過3s。

（2）系統進入靜止等待模式后，前車未駛離，駕駛員通過按Resume或者輕點油門喚醒ACC，但不滿足起步條件。

退出條件：

（1）將ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）滿足快速退出條件或緩慢退出條件，系統退出到未激活模式。

（4）駕駛員踩踏油門踏板，系統進入超越模式。

（5）前方車輛狀況允許起步，駕駛員通過按Resume或者輕點油門喚醒ACC，系統進入激活控制模式。

（6）跟停前車后等待時間超過3s前車仍未駛離，系統進入靜止等待模式。

2.2.2靜止等待模式(Stand Wait Mode)

在此靜止過程中，車輛無法自動起步行駛，需駕駛員按Resume或踩踏油門踏板激活ACC功能控制車輛行駛。

進入條件：

（1）系統進入走停模式后，前車未駛離且跟停等待時間超過3s。

（2）車輛跟隨目標車停止，駕駛員踩剎車踏板。

退出條件：

（1）將ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）滿足快速退出條件或者緩慢退出條件，系統退出到未激活模式。

（4）駕駛員踩踏油門踏板，系統進入超越模式。

（5）駕駛員按Resume或輕點油門，未踩剎車踏板，系統進入靜止激活模式，如果前車狀態允許起步，則系統進入激活控制模式。

2.3超越模式（Suspend Mode/Override Mode）

ACC控制車輛行駛時，駕駛員通過踩踏油門踏板加速，駕駛員踩加速踏板的扭矩大于ACC需求扭矩時，此時駕駛員接管車輛行駛，當駕駛員接管一段時間（如60s）內松開油門踏板時，ACC接管車輛行駛。

進入條件：

（1）系統進入激活模式后，駕駛員踩油門踏板(Override) 60s內。

退出條件：

（1）其它將ACC主開關關閉，系統進入關閉模式。

（2）檢測到系統故障，系統進入故障模式。

（3）滿足快速退出條件或緩慢退出條件，系統退出到未激活模式。

（4）駕駛員松開油門踏板，系統進入激活控制模式。

其他：

（1）Override模式其實也可以認為是Active模式的一種，此時雷達發送的相關信號發送計算值。

2.4制動延續模式（Brake Only Mode）

ACC控制車輛行駛減速制動過程中，由于其他原因導致ACC功能退出，ACC需繼續發出減速度指令一段時間（如2000ms），且減速度值在此2s內線性遞減至零。

進入條件：

（1）系統處于激活控制模式，車輛正減速制動，緩慢退出條件滿足。

（2）當車輛處于走停模式，制動延續退出條件滿足。

退出條件：

（1）檢測到系統不可逆故障條件滿足。

（2）車輛達到靜止狀態。

（3）沒有前方目標。

（4）駕駛員有Override行為。

（5）制動延續退出時間超過2s。

3、ACC系統功能退出

ACC系統功能退出分為快速退出和緩慢退出。

3.1快速退出

屬于駕駛員主動操作的，目前定義為快速退出，導致ACC功能立即退出（在一個周期內）。具體條件如下：

（1）ACC 主開關關；

（2）ACC取消鍵按下；

（3）駕駛員踩剎車踏板；

（4）EPB激活；

（5）檔位不在前進檔；

（6）發動機關閉；

（7）ESP主開關關閉；

（8）制動盤過熱；

（9）駕駛員側門打開；

（10）駕駛員安全帶打開；

（11）車輛靜止，輪缸壓力為零；

（12）近距離跟蹤目標丟失；

（13）駕駛員override超過一定時間。

3.2緩慢退出

ACC在控制車輛制動過程中，導致ACC功能在2s內退出。

當前ACC請求的制動信號將延續直至完成，制動延續模式的前提條件是ACC正在控制車輛進行制動。在這種模式下ACC不會在某一確定的時間間隔內退出，而將在制動系統繼續完成當前的制動行為后才退出，這種退出方式的目的是為了不使駕駛員感到不舒適。

（1）ESP（VDC） 激活（超過40ms）

（2）HDC激活（超過40ms）

（3）ABS激活（超過40ms）

（4）TCS激活（超過40ms)

（5）MSR激活（超過40ms）

4、總結

本文提出了一種全速型自適應巡航系統控制策略/機制，包括未激活、激活及走停的功能及使能和失效條件，并重點定義激活模式中激活控制、走?？刂?、超越模式等轉換機制，闡明基本走停控制策略，為ACC（STOP&GO）系統的研發奠定了基礎。

參考文獻

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新能源汽車

A Full Speed Range Adaptive Cruise Control System State Transition Mechanism

Zhang Hong, Feng Xinglong
（Brilliance automotive engineering research institute, Liaoning Shenyang 110141）

Abstract:ACC is one of the active safety technologies, which is an evolution of the cruise control system. Depends on the distance between the host vehicle and the other vehicles or obstacles, the ACC system can automatically apply acceleration or braking as to keep a safe distance. ACC with stop and go function is a further evolution, which can realize full speed range control. An ACC control logic plan is raised in this paper, which can effectively improve the performance of ACC system as well as the driving safety and comfort of the vehicle.

Keywords:Full Speed Range ACC; control logic; Stop and Go

中圖分類號：U463.61

文獻標識碼：B文章編碼：1671-7988 （2016）05-130-04

作者簡介：張宏，華晨汽車工程研究院。