一種關于智能車多模式縱向速度控制方法的論述

雷永富， 趙松嶺， 王紅余， 陶華勝

（奇瑞商用車（安徽） 有限公司， 安徽 蕪湖 241003）

在智能車的運動控制中，為了保證車輛的舒適性、安全性和穩定性，車輛縱向速度的控制是至關重要的，現有的速度控制大多依據經典的PID控制實現油門和制動的實時調節來對智能車的速度進行控制。然而，當智能車處于不同行駛模式（加速、勻速、制動、緊急制動） 工況下，智能車的運動特性是截然不同的，這就需要針對不同的行駛模式采用不同的PID調節參數，進一步相關參數的獲得也并不是十分容易的。反觀現實中，熟練駕駛員可以依據個人經驗實現不同工況下車輛的高品質速度控制。

因此，在智能車的速度控制問題中可以充分地借鑒人的經驗來改善智能車的速度控制品質，提高智能車在城市交通環境下的乘客乘坐舒適度、安全性和穩定性。

為解決上述問題，本文論述了依據不同的行駛模式和不同的行駛速度區間，通過查詢在不同工況下的油門和制動初值，并通過實時的閉環微調，實現智能車的高品質速度控制。具體可以簡單概括為：①首先根據前一個周期檢測到的加速度進行行駛模式判斷，包括：加速、勻速、制動、緊急制動等4種行駛模式；②將前一個周期檢測到的速度劃分到預先擬定的速度子區間；③進入相應的行駛模式控制流程，并依據速度區間查詢控制表中的油門和制動的控制初始值，并通過閉環微調，實現相應行駛模式的速度控制。

1 智能車縱向速度控制器

智能車的縱向速度控制器結構如圖1所示。

圖1 智能車縱向速度控制器結構

縱向速度控制器的核心是縱向速度控制方法，其將完成油門、制動切換策略分析和控制量計算等工作，體現到車輛動力學系統上，構成閉環控制。同時由正常駕駛員的駕駛習慣可知，油門控制和制動控制在同一時間只能有一個產生作用，即：進行油門控制時，制動控制量必須為零，制動機構不工作；進行制動控制時，油門控制量必須為零，油門控制機構不動作，以免造成運動干涉?？v向速度控制方法流程如圖2所示。

2 智能車縱向速度控制策略

結合圖2所提出的方法，各種行駛模式對應的速度控制策略步驟如下。

2.1 行駛模式判斷

若上一工作周期行駛模式為加速，則模式判斷結果如下。

圖2 智能縱向速度控制流程圖

若上一工作周期行駛模式為勻速，則模式判斷結果如下。

若上一工作周期行駛模式為制動，則模式判斷結果如下。

若上一工作周期行駛模式為緊急制動，則模式判斷結果如下。

式 （1） ～（4） 中，ka1、ka2、kd1、kd2、kd_h1、kd_h2分別為相應的閾值系數，都為正。ka1反映了規劃出加速模式的頻繁程度，此值越小，進入加速模式的次數越頻繁，即車輛行駛越激進，該值的取值范圍為0.7～1；ka2為與ka1對應的閾值系數，為保證足夠的緩沖區域，該值應與ka1有一定的偏差；kd2反映了勻速模式能達到的最小減速度；kd1為與kd2對應的閾值系數，該值同樣應與kd2有一定的偏差，且為了充分利用勻速模式該值不能太?。籯d_h1反映了規劃出的緊急制動模式的頻繁程度，同樣也定義了緊急制動時減速度的大小；kd_h1為與kd_h2對應的閾值系數，該值同樣應與kd_h2有一定的偏差，一般取1。

2.2 速度區間判斷

速度區間判斷依據事先定義完成的速度區間表，該表由現實智能車平臺實驗得到，記錄了該平臺各換擋點的速度，可由式（5） 描述，依據該表，即可判斷某一速度所在的速度區間Rυ，如式（6） 所示。

2.3 不同模式下油門和制動量的控制量獲取

2.3.1 加速模式

若當前模式為加速模式，則進入加速模式控制流程，首先根據當前速度所在區間Rυ查詢加速油門人工控制經驗初值表，得到該區間對應的加速油門初值，詳細地，人工控制經驗初值表通過若干個基于道路試驗的油門量統計得到。

加速油門初值表的查詢過程可如式（7） 和（8） 所示。

除了油門初值外，還需要再附加一個油門控制累加量Cgas2加速，一般可以用比例控制得到，用公式表示如下。

兩項相加即可得到加速模式的實際油門控制量Cgas加速。與此同時，為了防止油門量變化過大，需要對其進行飽和處理，如式（10） 所示，既保證了當前速度區間的最終油門量不大于下一速度區間的油門初值，同時也保證了車輛在不同速度區間變化時油門的連續。

2.3.2 勻速模式

若當前模式為勻速模式，與加速模式類似，首先根據當前速度所在區間Rυ查詢勻速油門人工控制經驗初值表Mgas勻速（Rυ），得到該區間對應的勻速油門初值Cgas1勻速。詳細地，該表也由若干個基于道路試驗的油門量統計得到。

同樣地，除了勻速油門初值外，還需要再附加一個勻速油門控制累加量Cgas2勻速，一般可以用比例控制得到，用公式表示為：

兩項相加即可得到勻速模式的實際油門控制量。與加速模式一樣，需要對勻速油門進行飽和處理，如式 （12） 所示，既保證了當前速度區間的最終油門量不大于該速度區間的加速度油門初值，同時也保證了車輛在勻速、加速模式變化時油門量的連續。

2.3.3 制動模式

若當前模式為制動模式，則進入制動模式控制流程，首先根據當前速度所在區間Rυ查詢制動人工控制經驗初值表Mbrake制動（Rυ），得到該區間對應的制動初值Cbrake1制動。詳細地，該表同樣由若干個基于道路試驗的制動量統計得到。除了制動初值外，還需要再附加一個制動控制累加量Cbrake2制動，依舊用比例控制得到，用公式表示為：

兩項相加即可得到加速模式的實際制動控制量Cbrake制動。為了防止制動量變化過大，對其進行飽和處理，如式（14） 所示，保證了制動模式與緊急制動模式切換時制動量的連續性。

2.3.4 緊急制動模式

若當前模式為緊急制動模式，則進入緊急制動模式控制流程，首先根據當前速度所在區間Rυ查詢緊急制動初值表Mbrake緊急制動（Rυ），得到該區間對應的制動初值Cbrake1緊急制動。該表同樣通過道路試驗統計得到。除了緊急制動初值外，還需要再附加一個緊急制動控制累加量Cbrake2緊急制動，用比例控制得到，用公式表示為：

兩項相加即可得到緊急制動模式的實際制動控制量Cbrake緊急制動。為了防止制動量超出制動系統控制量的上限，需要對其進行飽和處理，如式（16） 所示。

2.4 獲取的不同模式下油門和制動量下發給油門和制動控制系統

將獲取的不同模式下的油門和制動量下發給油門和制動控制系統，系統接收到控制量對油門開度或制動器進行調節，最后體現到車輛的動力學系統，獲得期望的行駛行為和速度，形成閉環控制。

3 總結

本文論述的智能車根據不同行駛模式的縱向速度控制方法不僅具有時間上的向后預測性，同時也避免加速度的突變問題，在控制上充分利用勻速模式小幅度精確控制的特性，實現加速、勻速、減速之間的平滑過渡，同時雙閾值系數的使用能對規劃行駛模式進行濾波，避免了其反復跳變，更加符合駕駛員的駕駛習慣，在實現相應行駛模式控制的同時，有效提高乘坐的舒適性和安全便捷性。