汽車自適應巡航控制系統的安全距離模型仿真研究

盧中德

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽 110122）

0 引言

在汽車自適應巡航控制系統的仿真研究中，安全距離模型的選取直接影響車輛間的車距、行駛的安全性、駕乘的舒適性。 文章使用Matlab/Smulink，搭建車輛縱向動力學模型并建立自適應巡航系統的模糊控制器，進行不同車輛安全距離模型的對比仿真，選擇出適合文章建立的模糊控制器的安全距離模型。

1 車輛縱向動力學模型的設計

使用Matlab/Simulink 分別建立發動機模型、液力變矩器模型、自動變速器模型、車輛傳動、行駛系統模型構成了車輛縱向動力學模型，如圖1 所示。

2 安全距離模型設計

安全車間距是兩車保持不發生兩車追尾，又不降低通行能力的適當距離[1]。

2.1 基于制動過程的安全距離模型

基于制動過程的安全距離模型Sa 的表達式如下[2]。

式中：Sa 表示安全距離，v1表示自車的行駛速度，a1表示自車的最大減速度，v 表式自車速度與前方車輛速度的差值，d0表示停車最小間距。

2.2 基于車頭時距的安全距離模型

基于車頭時距的車間距策略分為兩種：一是固定車頭時距，二是可變車頭時距[5]。固定車頭時距安全距離模型[4]如下式2 所示。

圖1 車輛縱向動力學模型

在自適應巡航系統工作時候，一般工況都處于緊隨工況， 所以可以認為前后兩車的速度v1和v2相等，所以2 式可以表示如下式3 所示。

2.3 本文安全距離模型

本文的安全距離模型是基于固定車頭時距安全距離和車間時距兩部分組成，考慮了前車速度對車距的影響因素[3]。 其表達式為。

式中，th1、th2和 th3為常數且大于 0，v1為巡航車速，vr為兩車的相對速度，其表達式為。

由式3、式4 和式5 可得本文得安全距離模型公式為。

式中，th1、th2和 th3分別取值為 1、0.03 和 0.08[3]。

3 AC C 控制器的設計

ACC 控制器是基于模糊控制的理論[6]設計的，其輸入量為安全車距與實時車距差（Δd）和前車車速與巡航車速差（Δv），輸出量為制動踏板壓力和節氣門開度（throttle&brake），其結構如圖 2 所示。

圖2 ACC 控制器的結構

模糊規則庫的建立的原則是根據駕駛人員的駕駛習慣的總結及專家經驗的總結來制定的[6]。

4 仿真實驗

仿真情景為：初始時刻，自適應巡航車輛速度小于本車道前方車輛的速度，加速跟隨前車。 基于制動過程安全距離算法車速用Vz表示， 與前車的初始距離用Sz表示； 基于車頭時距安全距離算法車速用Vc表示，與前車的初始距離用Sc表示；本文的安全距離模型算法車速用 表示，與前車的初始距離用 表示；前車即目標車輛車速用Vq表示。

仿真工況： 仿真參數設定為：t=0 s 時，Vz=Vc=Vb=90 km/h，Vq=100 km/h，Sz=91.6 m，Sc=39.5 m，Sb=40.2 m。其中三種算法的初始距離均為理想安全距離。

圖3 跟隨工況的速度變化對比曲線

5 小結

仿真結果分析表明，基于車頭時距安全距離算法速度的調節反應較快，但會出現較大的超調量；而基于制動過程的安全距離算法雖然速度調節較平滑，但其跟車距離較大；本文的安全距離算法進行速度調節時沒有出現過大的波動，且跟車距離更符合實際駕駛的情況，故本文選用此安全距離模型。綜述，在汽車自適應巡航仿真研究中，合適的安全距離模型選取直接影響仿真結果及后續的實驗研究。