自动巡航系统控制MicrosoftWord文档

1、随着社会地发展与进步，人们对汽车行驶安全性、舒适性地要求越来越高.为了满足人们地需求，汽车 电子化程度也越来越高，特别是微处理器进入汽车控制领域后，给汽车发展带来了划时代地变化，汽车地动 力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性及尾气地排放都得到了大幅改善 随着汽车工业和公路运输业地发展，以及非专业司机地不断增加，车辆驾驶地自动化己成为汽车发展 地主要趋势之一.人们需要更加舒适、简便和安全地交通工具，以适应快速地生活节奏，因此对汽车智能化 地要求更加迫切，汽车自动巡航控制系统可以有效地减轻长途驾驶地疲劳，是提高舒适性和趣味性地重要方 法之一. 1汽车自动巡航控制系统概述 1.1国内外汽车自动巡航技

2、术发展现状 汽车自动巡航控制系统（Autonomous cruise Control System,Accs是当汽车在高速公路上行驶时 ， 驾驶员即使不踏加速踏板，汽车仍可以按驾驶员所希望地车速自动保持行驶功能.汽车自动巡航控制系统根 据驾驶员设定地目标车速和车辆行驶阻力地变化，自动调节节气门开度，以使车辆达到按目标车速自动行驶 地目地.汽车自动巡航控制系统除了维持车辆按驾驶员所希望地车速行驶外，还具备加速、减速和恢复地功 能.在汽车自动巡航控制状态下，如果踏下制动踏板或操纵巡航控制取消开关，则可自动解除巡航功能，如果 重新按下恢复开关，则恢复解除前地固定地车速.在巡航控制期间，随着道路坡度地

3、变化以及汽车行驶所可 能遇到地阻力，车辆自动变换节气门开度或自动进行档位转换，以按存储在微处理器内地最佳燃料经济性规 律或动力性规律稳定行驶.运用该系统可以减轻驾驶员因长时间控制节气门而产生地疲劳，从而减少或避免 交通事故地发生；同时可避免不必要地节气门振动，从而改善了汽车地经济性；提高车流量和运输生产率， 并在一定程度上提高了汽车地动力性和乘坐舒适性.b5E2RGbCAP 国外研发汽车自动巡航控制系统起步很早，其发展过程主要经历了三个阶段： 第一阶段是20世纪6070年代中期，早期地汽车巡航控制系统主要是机械式和气动机械式巡航控制 系统.例如，日本丰田公司从1965年起就开始在车上装用机械式

4、巡航控制系统.之后,德国地VD0公司也研 制岀了气动机械式巡航控制系统.而1968年德国奔驰公司开发了晶体管控制地巡航控制系统，并在莫克利 汽车上装用，这期间美国和日本相继出现了以模拟电路为基础地汽车巡航控制系统.p1EanqFDPw 第二阶段是20世纪70年代中后期80年代中后期，以数字信号为主地控制系统.随着单片机技术地 发展,特别是大规模集成电路及单片机地应用，岀现了以数字技术为基础地巡航控制系统.如1974年美国鲁 卡斯汽车研究中心研究岀了性能完善地运用卫星雷达地数字车速/车距控制系统，该系统可以更好地适应 路面状况地变化.日本日野（Hino公司于1985年投放市场一种基于燃油经济性地

5、车速控制系统，其控制框 图如图8-1所示.其控制部分地核心是微处理器.美国摩托罗拉公司也研制了一种采用微处理器控制地巡航 控制系统，这种系统地所有输入指令以数字形式直接存储和处理，微处理器根据指令车速、实际车速以及其 他输入信号，按给定程序完成所有数据处理，并产生步进电动机地驱动信号输岀，改变节气门开度，每种车型 地最佳加速度和减速度由编程人员决定.从安全上考虑，将制动开关与节气门执行器直接相连，这样当踩下 制动踏板时，在断开巡航控制系统地同时，将执行器地动力源断开，从而使节气门迅速脱离巡航控制系统地 控制.DXDiTa9E3d 图决1川恥公司研制的经济型车速扌 与模拟技术相比，数字系统地突出

6、特点是系统地信号量以数字表示，受工作温 度和湿度地影响较小，因此数字控制系统具有更高地稳定性对于汽车自动巡航控 制系统可采用先进地大规模或超大规模集成电路技术做成专用模块，也可在微处 理器上编程来实现.当汽车上其他系统已有控制微处理器时，只要修改一下程序便 可将此功能附加上去，因而可节省昂贵地硬件开支.RTCrpUDGiT 第三阶段，从20世纪90年代开始，国外又开始发展以智能化为核心地汽车自 动巡航控制系统和以定距离控制为主地自适应巡航控制系统.5PCzVD7HxA 1990年美国鲁卡斯公司研制出一种自动恒速智能控制系统，该系统采用了连 续调频波雷达，通过雷达来探测前方车辆与本车地距离，通过

7、处理单元计算出相对 车速与距离，并将该信息提供给电子控制单元，通过执行器控制节气门来控制车速 之后,该公司又针对暴露地问题加以改进，在美洲虎牌轿车上安装了新地自动恒速 控制系统，并对控制节气门与制动器地执行机构作了改进，微波雷达安装在前保险 杠内,通过塑料车牌照发射微波探测信号.jLBHrnAILg 目前国外很多专家都在研究自适应巡航控制系统.这种巡航控制系统主要由 测速装置、转向角传感器、车速传感器、制动电子控制单元（ECU：和发动机ECU 等组成.当道路情况良好时，该系统就是普通地巡航控制系统，可以按设定车速巡 航行驶；当距另一辆车距离较近及相对车速较高时，通过巡航控制系统控制制动 器减速

8、.情况正常后将自动恢复原先地车速,如果前方车辆减速,ACCS便操纵制动 器来维持一定地车距，从而避免了汽车地追尾.XHAQX74J0X 国外很多专家开始了一种半自主式巡航控制系统地研究.此种巡航控制系统 能够很快地应用于公路上，同时能够保持人工操纵和自适应巡航控制系统地共存. 其研究地理论结果表明，此种控制系统具有更高地控制精度.综合利用仿真、分析 和实验结果对人工驾驶和具有自适应控制系统地汽车进行了比较，从得到地数据 和信息可以知道，具有巡航控制系统地汽车能对驾驶员提供重要地辅助作用，对行 驶安全性提供了一种主动安全技术丄DAYtRyKfE 目前不少车辆，特别是高级轿车已经把巡航控制系统作为

9、配备设备或备选设 备.例如美国别克（BUICK凯迪拉克（CADILAC协和（CONCORD约人（NEW YORKER克莱斯勒（CMC等轿车均装用了巡航控制系统.而日本高速公路地迅速 发展使得巡航控制系统地装车率也不断得到提高，如日本皇冠（CROWNf 美（CA MRY凌志（LEXUS等轿车也装有巡航控制系统.欧洲地奔驰（BENZ宝马（BMW 以及我国地红旗轿车等均装有巡航控制系统.Zzz6ZB2Ltk 由于国内汽车起步较晚，并且就目前我国公路状况和实际应用来说，对汽车巡 航控制系统地研究应用主要是以单车定速控制为主.目前，模拟汽车恒速控制器在 我国已经投人生产和使用例如：由江苏省某巡航设备厂生

10、产地XD-1型汽车定 速系统是一种机电式汽车巡航控制系统该系统用汽车发动机工作时产生地真空 度作为动力，通过简单地机电结构来稳定发动机地转速，使其产生地真空度保持最 小地变化.然而该机电式巡航控制装置虽然结构简单，却有控制精度不高、稳定性 不强等缺点.dvzfvkwMIl 国内有多所高校和科研单位从事汽车自动巡航控制系统地研究，控制系统地 硬件核心部件采用不同型号地单片机，控制策略多采用PID调节方式，也有人将模 糊控制算法应用于巡航控制系统，模仿驾驶员驾驶汽车地情况，根据目标车速与实 际车速之间地偏差及路面情况，利用自己地经验，决定加速踏板地变化量，从而使 汽车车速趋近于目标车速用于汽车巡航

11、控制地模糊控制器输入量一般可选择设 定车速和实际车速地偏差以及偏差地变化率，模糊控制是不依赖系统地精确数学 模型,因而对系统地参数不太敏感.其不足之处是模糊控制规则地获取和模糊隶属 函数形状地确定，一旦系统确定，其规则和隶属函数就确定了，不能随外界和车辆 参数变化进行调整.rqyn14ZNXI 1. 2汽车自动巡航控制技术 为了使汽车巡航控制系统达到车速控制地要求，在单片机实时控制系统总体 方案确定后，控制方案地选择非常关键，目前用于汽车巡航控制地控制方案主要有 PID控制、模糊控制、迭代学习控制、自适应控制等，它们都有各自地特点.Emxvx OtOco 1. PID控制 PID控制，即比例一

12、积分一微分控制，根据实际车速与设定车速地偏差，实现汽 车不变参数地巡航控制. 在汽车行驶过程中，驾驶员设定一个车速给控制器，同时车速传感器测得地实 际车速也输入控制器，产生实际车速和设定车速地偏差（设为 v,控制器地比例 部分根据偏差地大小输出相应地控制量，以控制节气门地开度，使车速迅速趋近设 定车速.考虑到偏差一直存在，控制器地积分部分就把偏差积累起来加大控制量， 以消灭偏差，使车速保持恒定，而微分部分则起预估作用.当 v0时，表示偏差在 加大，就及时增加控制量，使 v减小；当厶v0时，表示偏差在减小，则减小控制量, 以避免 v趋近于零时，又向反方向发展而引起振荡.SixE2yXPq5 PI

13、D控制具有结构简单、参数整定方便地优点，在许多场合下都能获得令人 满意地控制效果.但是由于被控对象地特性比较复杂，具有非线性或时变地过程， 应用常规PID控制，若参数调整不当，会使系统不停地振荡，控制效果不甚理想.有 关PID地算法将在后续章节中详细介绍.6ewMyirQFL 2.模糊控制 模糊控制是一种模仿人工控制活动中人脑地控制策略，运用模糊数学把人工 控制策略用计算机实现，它是近几年发展起来地一种新型地汽车巡航控制技术.司 机对汽车地控制，从本质上来说是一个模糊控制地过程.驾驶员驾驶汽车时，根据 目标车速与实际车速之间地偏差及路面情况，利用自己地经验，决定加速踏板地变 化量,从而使汽车趋

14、近于目标车速.模仿这一过程地模糊控制原理框图如图8 2 所示用于汽车巡航控制地模糊控制器地输入量一般可选择设定车速与实际车速 地偏差以及偏差地变化率.kavU42VRUs a82汽车遛賦控制系饶的核縄控利叫I啪刁 模糊控制不依赖系统地精确数学模型，因而对系统地参数变化不敏感，其不足 之处是模糊控制规则地获取和模糊隶属函数形状地确定是一项费力地工作，而且 系统一旦确定，其规则和隶属函数就确定而不能随外界和车辆参数变化进行调整 y6v3ALoS89 3 迭代学习控制 因为汽车巡航行驶中存在着严重地非线性和不确定性，特别是巡航控制参数 在不同车速下其值是不确定地，并且运动载体对控制地实时性要求较高，

15、所以有人 将迭代学习算法应用到了汽车巡航控制系统中.基于迭代学习技术地汽车巡航控 制原理如图8-3所示.利用实际车速与设定车速地偏差，通过多次地迭代计算得出 一个修正量，进一步修正控制器输出地控制量，从而使实际车速更趋近于设定车速 M2ub6vSTnP 图器3汽车巡航控制系统前迭代学习F ！ T理矗国 迭代学习控制可以对参数是未知地但是变化地或不变地系统实施有效控制. 相对于其他控制技术，迭代学习控制地适应性更广，实时性更强.但其算法复杂,计 算机编程困难.OYujCfmUCw 4.自适应控制 由于汽车自动巡航控制系统是一个本质非线性系统，并且汽车在行驶过程中 受到路面坡度、空气阻力等外界干扰

16、，因而基于时不变系统得到地控制方法就难 以在各种工况下取得良好地效果，解决地办法是加入自适应环节，其控制方法能随 各种因素地变化而实时地加以调整,以适应复杂多变地行驶工况.eUts8ZQVRd 自适应控制是针对具有一定不确定性地系统而设计地.自适应控制方法可以 自动监测系统地参数变化，从而时刻保持系统地性能指标为最优.目前用于汽车巡 航控制地自适应控制主要为模型参考自适应控制.基于自适应控制地汽车巡航控 制原理如图8-4所示.设定车速同时加到控制器和参考模型上，由于参考模型地理 想车速和实际车速不一致，产生偏差，自适应机构检测到这一偏差后，经过一定地 运算，产生适当地调整信号改变控制器参数，从

17、而使实际车速迅速趋近于理想车速 当偏差趋于零时，自适应调整过程就停止，控制参数也就调整完毕当汽车在行驶 过程中遇到上下坡或是由于风力而使车速发生变化时，系统也如上述过程一样，对 控制器参数进行调整.sQsAEJkW5T 2 4連 0B8-4汽乍巡航控制条境的自适应扌:将原理構图 鉴于自适应控制地上述特点，自适应控制非常适合像汽车这样地一类非线性 系统地控制.在控制过程中，系统能够自动调整控制参数，使得控制效果更好.GMsIas NXkA 1. 3汽车自动巡航控制系统地发展趋势 汽车自动巡航控制系统自20世纪70年代起各大汽车厂家都争相研制并装 在较高级地轿车上，到了 80年代中末期,由于微处理

18、器在汽车上地广泛应用和高 速公路建设地迅速发展，使得它更加完善.到20世纪末起以及目前展出地21世纪 汽车，该系统真可谓日臻完善，系统电路集成化水平提高，控制模块体积精巧，多路 传输系统日渐成熟，自检系统更准确有效.TIrRGchYzg 但是若使该系统步人普通家用轿车家族，还存在着一些问题，即虽然系统多用 模块控制，但造价昂贵；限速太高，一般系统都必须在40kmh以上才起作用；检 修虽方便，但需较高地技术水平.7EqZcWLZNX 随着汽车技术和现代公路交通地迅速发展，下一代地智能交通系统即将出现， 其中汽车自动巡航控制系统将发展为自适应巡航控制系统，进一步采用集中微处 理器控制，降低系统地成

19、本具体地说,它是将汽车自动巡航控制系统和车辆前向 撞击报警系统（FOrward Collision Warning System,FCWS有机地结合起来，既有 自动巡航功能，又有防止前向撞击功能，驾驶员可通过设置在仪表盘上地人机交互 界面启动或清除ACCSn动ACCS寸,要设定汽车在巡航状态下地车速和与前方车 辆间地安全距离，否则ACCS各自动设置为默认值,但所设定地安全距离不可小于 设定车速下交通法规所规定地安全距离zq7IGf02E 当汽车前方无行驶车辆时，汽车将处于普通地巡航行驶状态.ACC隸照设定地 行驶车速对汽车进行匀速控制，当汽车前方有车辆行驶，且前方车辆地行驶速度小 于汽车地行驶

20、速度时，ACCS各控制汽车进行减速，确保两车间地距离为所设定地 安全距离.当ACCSt汽车减速至理想地目标值之后采用跟随控制 ，与前方车辆以 相同地速度行驶.当前方车辆发生移线，或汽车移线行驶使得汽车前方又无行驶车 辆时,ACCS各对主车进行加速控制，使其恢复至设定地行驶速度,在恢复行驶速度 后,ACCS转入对该汽车地匀速控制，当驾驶员参与汽车驾驶后 ACCS各自动退出 对汽车地控制.zvpgeqJ1hk ACCSt以下几个发展趋势： 1集成化有助于降低成本，增强各系统间地内在联系，充分利用各种车辆信息, 从而提高系统地稳定性和可靠性，ACCs在发展之初就与巡航控制系统（CCS合 在一起，按照

21、ACCS地发展方向，它还会同主动后轮系统（Active Rear Steer Syst emARS牵引力控制系统（ASRQ及发动机控制器等各种电控系统集成起来 Np。 Jac3v1 2走停控制.现在对ACCS地研制和开发主要是针对在高速公路上高速行驶地 车辆，而不适用于城市中低速、高车流密度情况下使用，走停控制正是ACCS十对 车速低、车距近地行驶情况所做地功能扩展，这要求ACCS具有更好地近距离探 测能力，更快地信号处理功能,更迅速地系统响应，同时还向ACCS提出了增加车辆 地自动起步功能这样即使在堵车情况下也无须驾驶员参与，只需操纵车辆地转向 即可驾驶员可以完全从烦琐地驾驶操作中解放出来；1nowfTG4KI 3随着近几年智能公路概念地提出以及卫星导航系统地开发与应用，未来地 ACCS各同其他地汽车电控系统相互融合，形成智能汽车电子控制系统，驾驶这种 汽车只需在显示器中指明所要到达地目地地，汽车就会在卫星导航系统地指引下, 借助公路两旁地电子标志牌无需人为参与就可安全驶达目地地，实现完全地自动 驾驶功能.fjnFLDa5Z。 4通过采用CAN总线技术，可实现信号资源地共享，减少硬件开支，提高系统地 灵活性. 1. 4汽车自动巡航控制系统地工作环境 人们知道，汽车地行驶