車輛自適應巡航控制系統的研究現狀

劉猛，張麗萍

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

1 引言

伴隨經濟和技術的進步，越來越多的人對汽車安全性與舒適性等性能提出了更高的要求，當然，汽車保有量的快速增長給人們的生活帶來便利性的同時也引發了很多問題和負面影響。我國交通事故每年造成大量的人員傷亡，大量交通事故都是駕駛員人為操作不當引起的。因為車輛的交通事故而引起的人員傷亡和直接的財產損失等現象已演變成非常嚴重的社會問題。汽車安全技術分為被動安全技術和主動安全技術等安全技術，都在一定程度上起到了保證人們財產安全的作用．成為防止交通事故的新一代前沿技術。所以車輛的智能化和人性化以成為當今汽車技術和產業發展的方向。ACC 系統是當今汽車控制安全系統研發的一個重點方面，它極大的提升車輛安全性、減少交通事故的發生，對車輛乘坐舒適性及主動安全性都存在的巨大的研發潛力。

2 ACC 系統的控制策略研究現狀

2.1 最優控制策略

這種控制策略是結合了最優控制理論以及最優化方法，它能在混合動力汽車整車能量分配管理中進行使用，目前主要有大多基于 Bellman 動態規劃理論的汽車系統動力學相關控制策略和基于古典變分法的車輛系統的動力學控制策略。這種控制策略的控制品質較好且控制精度較高，在機械及其汽車領域應用前景非常廣闊，但是在車輛系統動力控制系統中應用不是很成熟，目前，仍處于開發和測試階段。

2.2 模糊控制策略

它是根據模糊控制器中編輯的模糊規則和語言來判定汽車的運行模式和功率分配的情況。把相對距離、車速、誤差值、功率或轉矩等參量作為控制器的輸入變量，控制器的建立是根據模糊的輸入變量，通過模糊控制器的來決定車輛的運行情況，從而可實現對整車系統的動力進行最佳控制。優點如下：能夠設計出難以精確定量表達的控制規則，根據駕駛人的操作行為習慣和動作，還可以實現不同影響因素的相互取舍，且它的穩定性較好。原理框圖1 如下圖所示。

圖1 模糊控制的基本原理框圖

2.3 Stop&GO 控制策略

Villagra 等人考慮到 ACC 的期望加速度或者是期望減速度的目的是為了保持理想的速度和車間距離而STOP&GO 工況在城市中是常見的，在這種工況中車輛經常急加速或者減速，所以將ACC 與STOP&GO 分開來進行處理，通過限定加速度方法來確保 STOP&GO 系統的運行部至于太劇烈。而Martinez 等人將ACC 與STOP&GO 看做是統一的控制系統，采用模型匹配的方法來實現控制器輸入的期望加速度，從而實現在不同工況中車輛能夠及時的響應，快同時也考慮了成員的舒適性。

3 自適應巡航控制系統的兩種典型控制算法研究現狀

3.1 模糊控制

因為模糊控制常常只需要被控對象精確的數學模型，模糊控制的算法控制結構相對比較簡單，控制系統對輸入量變化以及外界干擾反映較差，對于非線性巡航控制系統有很強適應性。車輛行駛過程是非常復雜的、時變非線性控制系統，模糊邏輯控制方法非常適用于車輛自適應巡航控制。原理框圖如圖2 所示：

圖2 模糊控制算法框圖

3.2 神經網絡控制

神經網絡控制是一種模擬人類大腦進行辨識和判別控制算法，它更是復雜的非線性控制算法。神經網絡控制算法通過模仿神經網絡的巡航控制系統過程：學習以及運行的整個過程，通過學習控制規則從而來對巡航控制系統的輸入信號進行計算和處理。它的核心就是利用神經網絡實現輸入到輸出變量的映射關系。汽車在實際運行過程中，一般都是復雜非線性的，還是一個變化很快的動態運抵過程。此外，神經網絡控制具有良好的聯想性、適應性，要進行自適應巡航控制需要的參數范圍比較多，實際運行過程中不可能把此時的數據都統計運算，在控制自適應巡航系統時不需要精確的數學模型，所以它常與模糊控制算法相結合，神經網絡控制算法是目前結構簡單，響應較快以及靈敏度較高的控制算法之一，神經網絡可以實現模糊化和解模糊的過程。神經網絡的算法結構相當復雜，系統精度不是很高，所以實際應用中這種控制算法也有一定的局限性。

4 結語

本文總體敘述了ACC 系統的研究現狀，目前國外在已經在巡航控制系統上做了很多有關于控制理論的研究工作，對于自適應巡航控制系統的控制理論已經有了一定的研究成果和進展，且汽車自適應巡航控制系統已經在某些高檔轎車上實現，了，如奔馳 S 級、寶馬 7 系列、豐田 Progress 等。而國內在該領域的研究與發達國家有很大的差距，國內關于巡航控制系統的研究主要集中在高校和科研機構。因此，深入研究巡航控制系統的控制理論和方法，研發出實用的車輛產品，是我國對于安全駕駛輔助系統中的 ACC 系統的研究重點。