驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统

驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (1) 2012-04-01 16:25:49 来源:21ic 关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 本文谈论的是自适应巡航控制系统(ACC)，它的第一部分讨论了 “环车感应系统”和作为全天候ACC系统基础的调频连续波(FMCM)雷达系统。 环车感应系统 几乎每分钟都有人在交通事故中丧失生命，受伤的人更不计其数。此外，交通事故带来的经济损失也成了天文数字。因此，汽车制造商和零件供应商一直致力于避免交通事故的发生，即便不能完全防止意外，至少也要减少因交通事故所造成的伤害。汽车安全性能得到改善很大一部分都归功于汽车电子的发展。 对车辆碰撞和驾驶员反应之间关联性的分析显示，大量的交通事故都可以通过驾驶员及时发现危险并做出适当机动操纵而得到避免。为达到这项要求，我们可以为驾驶员提供适当的警告信号或让车辆配备自动的纵向及横向控制功能(驾驶员辅助系统)。我们还需要适当的传感器来探测可能出现的危险，这类传感器网络必须覆盖车身四周，同时提供适当的人机界面。 电子环车感应系统形成了许多驾驶员辅助系统的基础，这些系统会发出警告或主动进行干预。驾驶员辅助系统的目标之一是避免车辆发生正面碰撞，危险警告系统及主动刹车控制系统可以大幅较少这类事故，自适应巡航控制系统(ACC)是达成此目标的第一步。 现有的ACC系统大都以毫米波雷达为基础，主要分为脉冲系统和连续波系统；而连续波系统又可分为调频连续波系统(FMCW)和扩频系统。77 GHz FMCW雷达可以探测1-150m以内的物体，并算出它们与汽车之间的相对距离和速度。这类雷达只要安装适当数量的天线，便能进一步分辨物体与车辆纵轴间的夹角。 环车感应系统——自适应巡航控制 环车感应系统(见下图)构成了许多驾驶员辅助系统的基础，它分为： 超声波、雷达、视觉识别和导航系统； 被动和主动系统； 安全系统和舒适系统； 根据它们在系统内的功能而分的驾驶支援、被动安全、碰撞缓冲或车辆控制系统； 自适应巡航控制系统是车辆控制功能的一部分，它主动干预车辆的纵向控制。如果车辆与前车之间的距离小于预设的最小距离，那么，它们会迫使车辆减速；如果前后两车之间的间隔距离足够远，它们就会把车辆加速到设定的速度。目前安装于车辆的自适应巡航控制系统都以行车舒适为考虑，它们对于煞车的干预程度最大仅有刹车力的30%，车辆控制最终掌握权在驾驶员手中。因此，现有的自适应巡航控制系统特别适合车流密度较小的道路，例如快速道路或高速公路。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/qrs/2012/0401/article_9533_1.html) 驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (2) 2012-04-01 16:25:49 来源:21ic 关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 未来的自适应巡航控制系统将会采用更多传感器，因此适合繁忙的都市道路。人们还能进一步发展出ACC Stop-And-Roll(S&R)和ACC Stop-And-Go(S&G)等功能，让车辆在行驶之间能够自动停止和重新前进，这样一来车道将变得更安全，交通流将更顺畅。这些驾驶辅助系统的最终目标是将车身的四周360度全都纳入监测范围，同时扩大自适应巡航控制系统功能以提供完整的纵向控制能力。 环车感应系统的传感器 如上图所示，监测车身四周需要有一系列不同的传感器。红外线(IR)和长距离雷达(LRR)这两种传感器都很适合于ACC系统。红外线传感器可用于LIDAR(光探测和测距)系统中，其探测距离最远可达120米；77 GHz长距离雷达传感器的监测距离可以延长到150米。与LRR传感器相比，IR传感器具有一个价格上的优势，但也有个明显的缺点，即在恶劣气候下(如大雨、下雪、起雾或沙尘暴等)，监测距离会大幅缩短。另一方面，雷达传感器却几乎不受天气的影响。雷达传感器的另一个优点是它们能被隐蔽地安装于汽车前端，例如77 GHz雷达天线就很小，几乎能安装于车身的任何位置。因此，目前大多数的自适应巡航控制系统都采用77 GHz长距离雷达。 ACC系统的主要任务是在前车距离过近时将车辆减速，距离足够远时加速。完成此任务所需的控制参数——车速和反应时间(见下控制回路图)是由司机通过人机界面(HMI)来设定的(见下图2(方块图))。整个控制功能是由传感器控制单元(SCU)来提供。SCU的主要功能是控制ACC系统的传感器和目标识别，其控制参数计算和相关系统启动则是由ACC系统的电子控制单元(EUU)负责执行。 ACC系统传感器的接收信号需要进一步处理。在目标识别时，系统会根据信号所含的信息来计算出潜在对象的距离和相对速度。车距控制需要从ACC雷达系统所探测的所有目标中精确地锁定其中一个；锁定目标时会用上车辆移动方面的信息，如加速度、车轮转速、转向角和偏航率。根据驾驶本身的车速和所要求的反应时间，ACC系统还可计算出所需的最小车距。 若在现行车速下计算出的车距过近，ACC系统就给适当的系统(如引擎管理，刹车系统)送出减速命令，从而调整车距。若调整后的车距已经足够，车速就会被调至所需的速度。要做到这点，ACC系统须向相关驱动发出加速命令。若车辆无法保持最小车距，系统便会在人机界面上显示所设定的反应时间和警告信号。下图是自适应系统的各个元器件以及它们在车身的相对位置。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/qrs/2012/0401/article_9533_2.html) 驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (3) 2012-04-01 16:25:49 来源:21ic 关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 注：前轮驱动的汽车 ASR=加速滑移控制(牵引控制) ESP=电子稳定系统(电子稳定控制) 调频连续波雷达系统 现有的自适应巡航控制系统大多采用毫米波雷达系统，其中又以调频连续波技术(FMCW)应用最为广泛。FMCW雷达系统能同时探测出目标相对于车辆的距离和速度。若安装适当数量的天线，它们还能计算出目标与车辆的纵轴夹角。 在调制周期内(tm)，调频连续波雷达的发射频率会以线性方式在频率偏移范围内(调制范围，fh)不断改变。下图A是包含三段斜波的发射信号频率曲线。在发射机和目标都未移动的静态系统中(见图B)，接收信号的频率会落后于发射信号，其频率差与发射机和物体之间的距离成正比。将发射信号和接收信号混频会产生频率较低的中频信号，该中频的最大值就叫做差拍频率(fb)。 图A、图B 如果物体相对于发射机在移动，接收信号的频率就会因为多卜勒效应而改变。物体接近时，接收信号的频率会升高，物体远离时则降低。若忽略发射机与物体的距离，以相对速度vrel接近就会产生如下图C中的接收信号，此时中频fd保持不变。将图B与图C中的频率曲线相加在一起即可得到一个完整接收信号，它的中频信号包含发射机与目标之间的距离和相对速度等信息(见图D)。 图C、图D 下图E和图F为发射机与物体以相对速度vrel远离时的频路曲线。 图E、图F 中频可由调频连续波雷达方程式示成距离r和相对速度vrel的函数，其中相加代表发射机与目标逐渐接近，相减则代表逐渐远离。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/qrs/2012/0401/article_9533_3.html) 驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (4) 2012-04-01 16:25:49 来源:21ic 关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 当c=光速 本文的另一部分讨论ACC系统的硬件和软件实现，以及雷达功能和算法。 本文谈论的是ACC系统的硬件和软件实现，以及雷达功能和算法。它的第一部分讨论了 “环车感应系统”和作为全天候ACC系统基础的调频连续波(FMCM)雷达系统。 ACC系统如何运作——硬件系统 耿氏压控振荡器(Gunn VCO)常被用来产生非常高频率的发射信号。如果将发射天线与接收天线结合在一起，发射信号就会通过环行器(见图1)与接收信号一起被多路复用。接收信号会与当前发射信号结合在一起产生中频信号。由于中频信号频率比发射信号和接收信号频率低得多，因此它的取样值非常适合传给数字处理器作进一步的处理。 ACC雷达传感器虽然是在高频范围(射频，RF)内操作，其计算距离和相对速度的信号处理却是在低频(LF)中进行。图2为ACC系统的功能方块图。RF部分(左)由耿氏控制电路、耿氏振荡器、混频器和前置放大器组成；LF部分则包含模拟数字转换器、信号处理和系统控制组件，以及电源供应和汽车网络接口。 微控制器(德州仪器的TMS470R1VF76B)内含两个中央处理器，分别为ARM7 RISC(微型处理器，MCU)和16位C54 x定点数字处理器(DSP)，因此最适合需要同时执行控制任务和高效能数字信号运算的应用。用直接内存存取(DMA)可以加快两个处理器、各种外围接口和内存之间的数据传输速度。TMS470R1VF76B完全符合汽车应用需求，是适应ACC系统最理想的微控制器。图3是微控制器在ACC系统应用中的典型功能方块图。 ACC系统软件 除普通的诊断任务之外，ACC系统还会执行许多系统工作，其顺序如功能方块图所示。 1. 读取通过人机接口进入的控制参数默认值(速度、时间间隔)以及传感器根据目前车况所探测到的参数(转向角、轮速和偏航率等)； 2. a)设定发射频率的斜波参数(开始频率，停止频率和斜波时间)； b)设定模拟数字转换器(转换速率，样本数目)； 3. 设定发射频率，启动耿氏振荡器； 4. 产生发射信号； 5. a)将发射信号透过所有天线同时发射出去，并将发射信号与接收信号混频产生中频信号； b)用于耿氏控制的控制回路； 6.中频信号的滤波与放大； 7.中频信号取样； 8.透过DMA将取样值传给DSP； 9.执行数字信号处理(调频连续波(FMCW)雷达任务的第一部分) 10.交换DSP计算数据； 11.执行数字信号处理(FMCW雷达任务的第二部分) 12.通过汽车网络(如CAN总线)与电子控制单元(ECU)的通信来调整速度或距离。 图1 图2 图3 功能方块图 FMCW雷达能探测出可能对车速和车距造成影响的目标。如下图所示，这些雷达任务可分为两大类，第一类的频谱分析、峰值探测和角度测量的运算量都非常大，较适合由DSP执行；另一类的频率调制、位置预测、频率匹配、位置追踪和群滤波都是较为简单的运算或控制功能，因此通常是由微控制处理器负责。此处为优化数据流，所以处理器工作的分配略有不同。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/qrs/2012/0401/article_9533_4.html) 驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (5) 2012-04-01 16:25:49 来源:21ic 关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 如图所示，Robert Bosch的ACC系统目前是利用调频方式来产生三种线性频率斜波，其斜波时间各不相同。 发射信号会透过四组天线(A, B, C, 和D)同时发射出去。下图是对应的天线图。 每个天线的接收信号都会与目前的发射信号混频，以产生中频信号。在这个例子里，系统总共会产生12个中频信号(A1、A2、A3、B1…D3)，并对这些信号进行分析以决定目标的位置。下图是中频信号频谱的范例。为了消除频谱中的噪声，系统在执行信号处理之前会先替中频信号设定一个自适应临界值(Adaptive Threshold)，凡是信号强度低于临界值的频率都会被视为噪声，要加以滤除。在上图的范例中，所有可能目标的旁边都有红色的x做标识。由于与零频接近的峰值是由天线镜面的反射所产生，因此会被排除。其它频率值被用做进一步的处理。 系统将12个中频信号的噪声消除后，就会用快速傅立叶转换(FFT)从这些中频信号的取样值计算出12组频谱；频谱的每个频率都代表系统所探测的一个目标，它也对应于中频信号频谱经过噪声滤波后剩下的峰值信号。我们可以根据调频连续波雷达方程式， 在速度/距离图中为频谱的每个频率指定一条直线。下图又一次表示出了它们的关联性。 要确认系统是否探测到任何目标，我们必须以天线频谱做为参考比较。如果3个频率斜波所得到的直线都相交于速度/距离图(见下图)上的同一点，我们就可以认定目标已被系统所探测，然而这种方法有时会得到俗称“鬼影信号”的虚假目标。 (本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/qrs/2012/0401/article_9533_5.html) 驾驶员辅助系统-自适应巡航控制系统 (6) 2012-04-01 16:25:49   来源:21ic    关键字：驾驶员 辅助系统 自适应巡航 我们可以根据先前计算结果和移动连续性来预测目标的可能位置，然后利用这项信息检查频率匹配的真实性，再将虚假目标排除。最后，我们要将已探测目标的参数储存起来，提供给下次计算使用。 发射信号通常会被目标上的多个点反射回来(例如后车窗、行李箱和车轮等)。这一现象尤其会体现在卡车之类结构非常明显的目标上，它们会在速度/距离图上产生多个很靠近的交叉点(如图所示)。 若使用多组接收天线，除了距离和相对速度之外，我们还能计算出目标与车辆纵轴之间的夹角，从而确认目标与汽车间的相对位置。下图为采用4组重叠电波接收天线的自适应巡航控制系统的探测区。 采用多组接收天线会使每个目标在速度/距离图上出现多个交叉点，这与目标有多个反射点是类似的。下面是使用两组接收天线所得到的详细速度/距离图。为了在预测位置时，将所需的运算和记忆空间减至最少，我们必须把这些探测点对应到同一个目标。 ACC系统——Bosch LRR2 许多高级汽车早已提供自适应巡航控制系统，或至少将其作为选购配备。随着技术的进步，性价比越来越具有吸引力，运算性能大幅提升，实际器件的体积越来越少。 德州仪器的TMS470R1VF76B微控制器内含两个中央处理器，使单芯片组件具有高效的运算功能。因此，信号处理的零件数目得到大幅减少，整个系统的体积也更为精巧。这样一来，我们只需两张小型电路板就能组成完整系统：其中之一是射频单元(雷达传感器、耿氏压控振荡器和前置放大器)；另一是低频单元(电源、DSP和汽车网络接口)。Robert Bosch公司的LRR2自适应巡航控制系统将体积缩小为73×70×60mm(内部2.9×2.8×2.4英寸)，使其能安装于车辆前端任何位置。 未来的自适应巡航控制系统将提供更理想的性价比，同时增加更多新功能(如Stop&Go和盲点探测等)，并采用其它类型的传感器，使中价位的汽车或小型车都能享受这项先进科技带来的诸多好处。 汽车自动巡航控制系统(上) 作者：中电网    文章来源：中电网    点击数： 2558    更新时间：2008-1-15     随着社会的发展与进步，人们对汽车行驶安全性、舒适性的要求越来越高。为了满足人们的需求，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的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性及尾气的排放都得到了大幅改善。 随着汽车工业和公路运输业的发展，以及非专业司机的不断增加，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势之一。人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具，以适应快速的生活节奏，因此对汽车智能化的要求更加迫切，汽车自动巡航控制系统可以有效地减轻长途驾驶的疲劳，是提高舒适性和趣味性的重要方法之一。 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的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的目标车速和车辆行驶阻力的变化，自动调节节气门开度，以使车辆达到按目标车速自动行驶的目的。汽车自动巡航控制系统除了维持车辆按驾驶员所希望的车速行驶外，还具备加速、减速和恢复的功能。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，则恢复解除前的固定的车速。在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶所可能遇到的阻力，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的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的疲劳，从而减少或避免交通事故的发生；同时可避免不必要的节气门振动，从而改善了汽车的经济性；提高车流量和运输生产率，并在一定程度上提高了汽车的动力性和乘坐舒适性。 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60～70年代中期，早期的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巡航控制系统。之后，德国的VD0公司也研制出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的巡航控制系统，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的汽车巡航控制系统。 第二阶段是20世纪70年代中后期～80年代中后期，以数字信号为主的控制系统。随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及单片机的应用，出现了以数字技术为基础的巡航控制系统。如1974年美国鲁卡斯汽车研究中心研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字车速／车距控制系统，该系统可以更好地适应路面状况的变化。日本日野(Hino)公司于1985年投放市场一种基于燃油经济性的车速控制系统，其控制框图如图8-l所示。其控制部分的核心是微处理器。美国摩托罗拉公司也研制了一种采用微处理器控制的巡航控制系统，这种系统的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，并产生步进电动机的驱动信号输出，改变节气门开度，每种车型的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的同时，将执行器的动力源断开，从而使节气门迅速脱离巡航控制系统的控制。 与模拟技术相比，数字系统的突出特点是系统的信号量以数字表示，受工作温度和湿度的影响较小，因此数字控制系统具有更高的稳定性。对于汽车自动巡航控制系统可采用先进的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，因而可节省昂贵的硬件开支。 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的汽车自动巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统。 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的距离，通过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，该公司又针对暴露的问题加以改进，在美洲虎牌轿车上安装了新的自动恒速控制系统，并对控制节气门与制动器的执行机构作了改进，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。 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，该系统就是普通的巡航控制系统，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。情况正常后将自动恢复原先的车速，如果前方车辆减速，ACCS便操纵制动器来维持一定的车距，从而避免了汽车的追尾。 国外很多专家开始了一种半自主式巡航控制系统的研究。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的共存。其研究的理论结果表明，此种控制系统具有更高的控制精度。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的汽车进行了比较，从得到的数据和信息可以知道，具有巡航控制系统的汽车能对驾驶员提供重要的辅助作用，对行驶安全性提供了一种主动安全技术。 目前不少车辆，特别是高级轿车已经把巡航控制系统作为配备设备或备选设备。例如美国别克(BUICK)、凯迪拉克(CADILAC)、协和(CONCORD)、纽约人(NEW YORKER)、克莱斯勒(CMC)等轿车均装用了巡航控制系统。而日本高速公路的迅速发展使得巡航控制系统的装车率也不断得到提高，如日本皇冠(CROWN)、佳美(CAMRY)、凌志(LEXUS)等轿车也装有巡航控制系统。欧洲的奔驰(BENZ)、宝马(BMW)以及我国的红旗轿车等均装有巡航控制系统。 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的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产的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的真空度作为动力，通过简单的机电结构来稳定发动机的转速，使其产生的真空度保持最小的变化。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。 国内有多所高校和科研单位从事汽车自动巡航控制系统的研究，控制系统的硬件核心部件采用不同型号的单片机，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的情况，根据目标车速与实际车速之间的偏差及路面情况，利用自己的经验，决定加速踏板的变化量，从而使汽车车速趋近于目标车速。用于汽车巡航控制的模糊控制器输入量一般可选择设定车速和实际车速的偏差以及偏差的变化率，模糊控制是不依赖系统的精确数学模型，因而对系统的参数不太敏感。其不足之处是模糊控制规则的获取和模糊隶属函数形状的确定，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。 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的要求，在单片机实时控制系统总体方案确定后，控制方案的选择非常关键，目前用于汽车巡航控制的控制方案主要有PID控制、模糊控制、迭代学习控制、自适应控制等，它们都有各自的特点。 1．PID控制 PID控制，即比例一积分一微分控制，根据实际车速与设定车速的偏差，实现汽车不变参数的巡航控制。 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的实际车速也输入控制器，产生实际车速和设定车速的偏差(设为△v)，控制器的比例部分根据偏差的大小输出相应的控制量，以控制节气门的开度，使车速迅速趋近设定车速。考虑到偏差一直存在，控制器的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△v>0时，表示偏差在加大，就及时增加控制量，使△v减小；当△v<0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。 PID控制具有结构简单、参数整定方便的优点，在许多场合下都能获得令人满意的控制效果。但是由于被控对象的特性比较复杂，具有非线性或时变的过程，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的算法将在后续章节中详细介绍。 2．模糊控制 模糊控制是一种模仿人工控制活动中人脑的控制策略，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的一种新型的汽车巡航控制技术。司机对汽车的控制，从本质上来说是一个模糊控制的过程。驾驶员驾驶汽车时，根据目标车速与实际车速之间的偏差及路面情况，利用自己的经验，决定加速踏板的变化量，从而使汽车趋近于目标车速。模仿这一过程的模糊控制原理框图如图8—2所示。用于汽车巡航控制的模糊控制器的输入量一般可选择设定车速与实际车速的偏差以及偏差的变化率。 模糊控制不依赖系统的精确数学模型，因而对系统的参数变化不敏感，其不足之处是模糊控制规则的获取和模糊隶属函数形状的确定是一项费力的工作，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。 汽车自动巡航控制系统(下) 作者：中电网    文章来源：中电网    点击数： 2512    更新时间：2008-1-15     3．迭代学习控制 因为汽车巡航行驶中存在着严重的非线性和不确定性，特别是巡航控制参数在不同车速下其值是不确定的，并且运动载体对控制的实时性要求较高，所以有人将迭代学习算法应用到了汽车巡航控制系统中。基于迭代学习技术的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的偏差，通过多次的迭代计算得出一个修正量，进一步修正控制器输出的控制量，从而使实际车速更趋近于设定车速。 迭代学习控制可以对参数是未知的但是变化的或不变的系统实施有效控制。相对于其他控制技术，迭代学习控制的适应性更广，实时性更强。但其算法复杂，计算机编程困难。 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，因而基于时不变系统得到的控制方法就难以在各种工况下取得良好的效果，解决的办法是加入自适应环节，其控制方法能随各种因素的变化而实时地加以调整，以适应复杂多变的行驶工况。 自适应控制是针对具有一定不确定性的系统而设计的。自适应控制方法可以自动监测系统的参数变化，从而时刻保持系统的性能指标为最优。目前用于汽车巡航控制的自适应控制主要为模型参考自适应控制。基于自适应控制的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，由于参考模型的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，经过一定的运算，产生适当的调整信号改变控制器参数，从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。 鉴于自适应控制的上述特点，自适应控制非常适合像汽车这样的一类非线性系统的控制。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。 1．3汽车自动巡航控制系统的发展趋势 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的轿车上，到了80年代中末期，由于微处理器在汽车上的广泛应用和高速公路建设的迅速发展，使得它更加完善。到20世纪末起以及目前展出的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。 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40km／h以上才起作用；检修虽方便，但需较高的技术水平。 随着汽车技术和现代公路交通的迅速发展，下一代的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，降低系统的成本。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的人机交互界面启动或清除ACCS。启动ACCS时，要设定汽车在巡航状态下的车速和与前方车辆间的安全距离，否则ACCS将自动设置为默认值，但所设定的安全距离不可小于设定车速下交通法规所规定的安全距离。 当汽车前方无行驶车辆时，汽车将处于普通的巡航行驶状态。ACCS按照设定的行驶车速对汽车进行匀速控制，当汽车前方有车辆行驶，且前方车辆的行驶速度小于汽车的行驶速度时，ACCS将控制汽车进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离。当ACCS将汽车减速至理想的目标值之后采用跟随控制，与前方车辆以相同的速度行驶。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将对主车进行加速控制，使其恢复至设定的行驶速度，在恢复行驶速度后，ACCS又转入对该汽车的匀速控制，当驾驶员参与汽车驾驶后ACCS将自动退出对汽车的控制。 ACCS有以下几个发展趋势： 1)集成化有助于降低成本，增强各系统间的内在联系，充分利用各种车辆信息，从而提高系统的稳定性和可靠性，ACCs在发展之初就与巡航控制系统(CCS)结合在一起，按照ACCS的发展方向，它还会同主动后轮系统(Active Rear Steer System，ARS)、牵引力控制系统(ASR)以及发动机控制器等各种电控系统集成起来。 2)走停控制。现在对ACCS的研制和开发主要是针对在高速公路上高速行驶的车辆，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针对车速低、车距近的行驶情况所做的功能扩展，这要求ACCS具有更好的近距离探测能力，更快的信号处理功能，更迅速的系统响应，同时还向ACCS提出了增加车辆的自动起步功能。这样即使在堵车情况下也无须驾驶员参与，只需操纵车辆的转向即可。驾驶员可以完全从烦琐的驾驶操作中解放出来； 3)随着近几年智能公路概念的提出以及卫星导航系统的开发与应用，未来的ACCS将同其他的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的目的地，汽车就会在卫星导航系统的指引下，借助公路两旁的电子标志牌无需人为参与就可安全驶达目的地，实现完全的自动驾驶功能。 4)通过采用CAN总线技术，可实现信号资源的共享，减少硬件开支，提高系统的灵活性。 1．4汽车自动巡航控制系统的工作环境 人们知道，汽车的行驶是在发动机产生动力以后，借助于地面对车轮的反作用力行驶的。车速的变化情况非常复杂，会受到路面滚动阻力，汽车行驶时风的阻力，以及道路坡度等时变因素的影响而变化，而且也受到发动机工况、负荷情况等的影响。坡道的阻力是随着道路坡度大小而变化的，即使在高速公路上也不可能避免爬坡或下坡行驶，车重越大时，坡道的阻力就越大，下坡时的惯性力也就越大，而路面的滚动阻力系数也随路面的情况、轮胎形状、温度、气压、行车速度等变化而随机地变化，风阻与车速的二次方成正比，由于汽车行驶过程中风速的大小和方向不断变化，并且车速越大，风阻也越大，巡航行驶时风阻便是一个不能忽略的因素，再如上发动机输出转矩与节气门的关系非常复杂，决定了巡航控制的实现是非常复杂的。 不但如此，由于巡航控制系统是工作在汽车上，而使用汽车的自然环境地区条件是千差万别的，有时两地的条件差异特别大，所以又必须考虑一下巡航的特殊工作环境。如南方和北方的冬季温差特别大，汽车各零部件工作温度也相差较多，温度对电气零部件的额定工作电流是有影响的；同时湿度较高的环境容易造成电子元器件绝缘损坏或腐蚀机件；当汽车行驶在崎岖不平的山路时，又会产生很大的振动，这对电子控制系统来讲就要求较高；另外，汽车的供电系统有蓄电池和发动机两个电源，由于发电机发电程度不同，使蓄电池两端输出电压变化较大，同时发动机调节器一般是用通断方式控制发动机激励电流，所以汽车上的电源波动及瞬时过电压形成的电气环境也较恶劣；这些环境对汽车的保养与控制系统的可靠性等都是一些不利的因素。在研究巡航系统时，应充分考虑到这些复杂的因素，才能设计出具有较高控制精度的应用系统。