自适应巡航控制系统的建模与联合仿真_李朋.pdf

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1、汽车工程2012年(第34卷)第7期AutomotiveEngineering2012(Vol．34)No．72012125自适应巡航控制系统的建模与联合仿真李朋1，魏民祥1，侯晓利2(1.南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016;2.内蒙古交通职业技术学院，赤峰024005)［摘要］采用Carsim与Simulink建立了一种车辆纵向动力学模型;然后基于最优控制和PID控制，设计了具有上、下两层结构的自适应巡航控制系统;最后对典型的自适应巡航工况进行联合仿真。结果表明，所设计的自适应巡航控制系统能使自车在保持一定车距的前提下较

2、好地跟踪前车速度变化，并对前车的紧急制动有较好的响应。关键词:自适应巡航控制系统;纵向动力学模型;最优控制;PID控制;联合仿真ModelingandCo-simulationofAdaptiveCruiseControlSystem1，12LiPengWeiMinxiang＆HouXiaoli1.CollegeofEnergyandPower，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016;2.InnerMongoliaTransportationVocation

3、alandTechnicalCollege，Chifeng024005［Abstract］AvehiclelongitudinaldynamicsmodeliscreatedwithCarsimandSimulink．Thenanadaptivecruisecontrol(ACC)systemwithastructureofupperandbottomtwolayersisdesignedbasedonoptimalcontrolandPIDcontrol．Finallyaco-simulationisconductedontypica

4、lACCdrivingcondition．TheresultsshowthattheACCsystemdesignedcanwellfollowthespeedchangeofleadingvehiclewhilekeepingacertaindistance，andhasabetterresponsetotheemergencybrakingofleadingvehicle．Keywords:ACCsystem;longitudinaldynamicsmodel;optimalcontrol;PIDcontrol;co-simulat

5、ion前言目前自适应巡航控制(ACC)是汽车主动安全和智能交通系统(ITS)研究的热点。它能够根据车辆当前行驶状况与道路环境变化，实时控制自车与前车之间的相对车距和相对速度以匹配车流，有效地减轻了驾驶员在驾驶过程中的操作负担，提高了道路的交通流量，改善了车辆行驶的舒适性和主动安全性［1］。由于汽车动力学系统存在较强的非线性，行驶过程中又存在大量不确定性因素，因此国内外学者对车辆动力学系统的建模和控制系统的设计进行了相关研究。文献［2］中在ACC制动系统模型的基础上，引入发动机二状态模型，并给出了驱动与制动的切换准则，建立了汽车纵向动力学

6、模型，并用DSC控制算法进行了仿真研究。文献［3］中采用分层控制对所建立的2阶车间距纵向相对距离控制进行了研究，提高了汽车纵向控制的精确性和鲁棒性。文献［4］在文献［3］基础上建立相对完整的动力学模型，并利用模糊逻辑和滑模控制设计了自适应巡航控制系统，使被控车辆能够精确跟踪期望加速度。在这些研究中，大都对车辆动力学系统进行了不同程度的简化处理，没有全面考虑发动机模型的动态特性和轮胎模型滑移特性对动力学模型特性的影响等，因此很难真实反映ACC在加速和制动等行驶工况下的控制效果。针对常规线性建模方法的不足，本文中基于Carsim软件和Ma

7、tlab/Simulink建立了能够模拟车辆运行工况，反映系统动态特性并能兼顾模型精确性的汽车动力学系统模型［5］。然后基于最优控制和PID控制设计了自适应巡航控制器，对典型的ACC行驶工况进行了联合仿真。原稿收到日期为2011年6月1日，修改稿收到日期为2011年7月14日。2012(Vol．34)No．7李朋，等:自适应巡航控制系统的建模与联合仿真·623·1车辆动力学系统建模1.1Carsim车辆动力学模型本文中利用Carsim软件为联合仿真提供车辆动力学模型［6］，该模型能够实时模拟车辆的运行过程，反映其各种动力学及运动学特性，

8、它输出给Sim-ulink的信号包括:车辆的纵向速度v、加速度a、发动机转速ωe和位置s等信息。车辆模型分为车体、空气动力学、传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统和轮胎7个子系统。所选自车车型为B级掀背式