汽车自适应巡航控制系统的安全距离模型仿真研究

卢中德

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

0 引言

在汽车自适应巡航控制系统的仿真研究中，安全距离模型的选取直接影响车辆间的车距、行驶的安全性、驾乘的舒适性。 文章使用Matlab/Smulink，搭建车辆纵向动力学模型并建立自适应巡航系统的模糊控制器，进行不同车辆安全距离模型的对比仿真，选择出适合文章建立的模糊控制器的安全距离模型。

1 车辆纵向动力学模型的设计

使用Matlab/Simulink 分别建立发动机模型、液力变矩器模型、自动变速器模型、车辆传动、行驶系统模型构成了车辆纵向动力学模型，如图1 所示。

2 安全距离模型设计

安全车间距是两车保持不发生两车追尾，又不降低通行能力的适当距离[1]。

2.1 基于制动过程的安全距离模型

基于制动过程的安全距离模型Sa 的表达式如下[2]。

式中：Sa 表示安全距离，v1表示自车的行驶速度，a1表示自车的最大减速度，v 表式自车速度与前方车辆速度的差值，d0表示停车最小间距。

2.2 基于车头时距的安全距离模型

基于车头时距的车间距策略分为两种：一是固定车头时距，二是可变车头时距[5]。固定车头时距安全距离模型[4]如下式2 所示。

图1 车辆纵向动力学模型

在自适应巡航系统工作时候，一般工况都处于紧随工况， 所以可以认为前后两车的速度v1和v2相等，所以2 式可以表示如下式3 所示。

2.3 本文安全距离模型

本文的安全距离模型是基于固定车头时距安全距离和车间时距两部分组成，考虑了前车速度对车距的影响因素[3]。 其表达式为。

式中，th1、th2和 th3为常数且大于 0，v1为巡航车速，vr为两车的相对速度，其表达式为。

由式3、式4 和式5 可得本文得安全距离模型公式为。

式中，th1、th2和 th3分别取值为 1、0.03 和 0.08[3]。

3 AC C 控制器的设计

ACC 控制器是基于模糊控制的理论[6]设计的，其输入量为安全车距与实时车距差（Δd）和前车车速与巡航车速差（Δv），输出量为制动踏板压力和节气门开度（throttle&brake），其结构如图 2 所示。

图2 ACC 控制器的结构

模糊规则库的建立的原则是根据驾驶人员的驾驶习惯的总结及专家经验的总结来制定的[6]。

4 仿真实验

仿真情景为：初始时刻，自适应巡航车辆速度小于本车道前方车辆的速度，加速跟随前车。 基于制动过程安全距离算法车速用Vz表示， 与前车的初始距离用Sz表示； 基于车头时距安全距离算法车速用Vc表示，与前车的初始距离用Sc表示；本文的安全距离模型算法车速用 表示，与前车的初始距离用 表示；前车即目标车辆车速用Vq表示。

仿真工况： 仿真参数设定为：t=0 s 时，Vz=Vc=Vb=90 km/h，Vq=100 km/h，Sz=91.6 m，Sc=39.5 m，Sb=40.2 m。其中三种算法的初始距离均为理想安全距离。

图3 跟随工况的速度变化对比曲线

5 小结

仿真结果分析表明，基于车头时距安全距离算法速度的调节反应较快，但会出现较大的超调量；而基于制动过程的安全距离算法虽然速度调节较平滑，但其跟车距离较大；本文的安全距离算法进行速度调节时没有出现过大的波动，且跟车距离更符合实际驾驶的情况，故本文选用此安全距离模型。综述，在汽车自适应巡航仿真研究中，合适的安全距离模型选取直接影响仿真结果及后续的实验研究。