基于ADAS 实验平台自适应巡航控制系统的研究＊

刘儒，孙玲，石晶

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121000）

前言

自适应巡航系统是在传统的定速巡航系统上升级而来的，可很大程度上减轻驾驶员的驾驶负担，提高驾驶安全性和行车舒适性[1]。在ADAS 纵向控制领域ACC 系统是被研究的最多的，ACC 系统通过控制制动和驱动能够有效的减小驾驶员的驾驶负担、避免了因错误操作或者个人疏忽造成的恶性交通事故，提高道路的利用率，保证驾驶安全[2]。

1 ADAS 实验平台

ADAS 实验平台由中华V3 驾驶模拟系统、主控PC、RT系统、快速原型控制器及管理PC 组成。

图1 ADAS 实验仿真平台实物

如图1 所示为ADAS 实验仿真平台实物图，左侧为中华V3 驾驶模拟系统，中间是RT 系统、快速原型控制器，右侧为主控PC，管理PC。

2 ACC 系统组成

自适应巡航控制系统ACC 是利用车载雷达、车上各种传感器采集到的信息，经过整车电子控制单元（ECU）经过一系列计算分析，自动调整本车的行驶速度，保证本车与前方目标车辆能够保持稳定的安全距离[3]。所以ACC 既有自动巡航功能，又有防止前向撞击功能。如图2 所示，自适应巡航系统分为采集信息单元、控制单元（具体可分为上层控制器和下层控制器）和执行单元。通过车载雷达及传感器实时采集信息，整车电子控制单元（ECU）处理并分析以上信息，判断出本车下一步的行驶状态，并发出指令给相应的驱动控制器或制动控制器，最后由相应的加速或制动控制器来控制车辆的加速或制动。

图2 自适应巡航控制系统结构图

3 软件联合仿真

ADAS 实验平台采用CarSim2018 软件和MATLAB/ Simulink 的联合仿真。

CarSim 是一种专业的车辆动力学仿真软件，能准确模拟车辆对驾驶员操作行为、空气动力学以及路面激励的响应。 在车辆操纵稳定性、平顺性、燃料经济性、动力性等领域有广泛应用[4]。

Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中[5]。

首先在CarSim 中设置车辆动力学模型，并设置所需的路面情况，包括道路线型及目标车辆等，还需设置加速、制动、虚拟雷达等的输入输出接口。并在Simulink 中搭建所需的控制策略及相应的控制算法，并加载到相应的上下层控制器中，即实时系统和快速原型控制器。设置快速原型控制器与执行机构之间的CAN 通信，进行数据接口的映射，实现仿真。如图3 为自适应巡航实验过程。

图3 自适应巡航实验过程（前方出现车辆）

其具体开发流程可以描述为：

（1）在 CarSim 和Simulink 环境下进行参数化建模；

（2）在 CarSim 与 Simulink 的联合仿真的环境下进行 ACC 控制器的开发和调试；

（3）将 ACC 控制器算法加载到实时系统中，并完成仿真实车试验。

4 在环仿真

将设计好的上层控制器中的控制策略及间距控制算法加载到实时系统中，将执行机构的加速度控制算法加载至快速原型控制器中。

在实时系统中，CarSim 设置相应的模拟场景和模拟仿真车辆的激光雷达。雷达实时监测车辆前方车辆情况，将车辆前方车辆距离及速度和车辆动力学信号经上层控制器计算传递给快速原型控制器，即下层控制器，快速原型控制器经过一系列的控制策略和控制算法传递给驾驶模拟器的执行机构，执行机构控制驾驶模拟器的制动、加速系统，进而实现ACC 的功能，达到ADAS 系统要求。

5 结论

本文根据将 ACC 控制策略及算法通过 MATLAB/ Simulink 建模并加载到ADAS 实验平台上，运用Carsim 作为汽车系统动力学软件，可实现对ACC 系统的仿真，并提供了虚拟实车验证试验平台，为能够实现 ADAS 的控制策略仿真打下基础。