自主車輛高效多目標預測巡航控制

何德峰,崔靖龍,何文韜

(浙江工業大學 信息工程學院，浙江 杭州 310023)

車輛自適應巡航控制(ACC)是一種先進駕駛員輔助系統，它通過自動調節節氣門開度或制動壓力，實現車輛的定速巡航或跟車駕駛，減少駕駛員的負擔并提高駕駛安全性[1-2]。模型預測控制(MPC)具有處理多變量多約束系統的優勢[3-4]，在車輛ACC系統的應用越來越廣泛，形成了相應的預測巡航控制(PCC)算法[5-7]。ACC系統存在多個相互沖突的性能指標[8-10]，如安全性、車輛跟蹤性、駕駛舒適性以及經濟性，滿足了安全性和車輛跟蹤性可能會造成駕駛舒適性和經濟性的降低。為了解決這一問題，國內外學者進行了大量的研究并取得了一些研究成果。例如：文獻[11]基于MPC提出一種最小化燃料消耗的最優控制算法；文獻[12]采用有限時域下的動態規劃，基于貝爾曼最優性原理和滾動策略，通過代價函數來計算ACC系統的最優反饋控制增益；文獻[13]在MPC原理的基礎上，提出一種多目標魯棒前車跟馳的控制算法，充分考慮了前車加速度作為干擾變量的情況下，建立出車間距誤差縱向動力學模型，所建立的模型能有效遵循車輛跟車的動態規劃演變規律，大大提高了模型的精確度與巡航可靠性；文獻[14]結合多目標協調的框架提出并采用實驗驗證了一種面向經濟的車頭時距控制算法，使得車輛同時兼顧跟蹤能力和經濟燃油性；文獻[15]基于MPC綜合了考慮安全性、舒適性、跟蹤性能和經濟燃油性多目標性能指標，并使用軟化約束的做法求出多目標優化下的最優解。……