汽車自適應巡航系統(tǒng)的多性能指標控制算法

汽車自適應巡航控制（Adaptive cruise control ,ACC）系統(tǒng)是汽車駕駛輔助系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是根據(jù)車載雷達等車載傳感器探測本車的運動狀態(tài)與其行駛車道上前方有效目標的運動狀態(tài)，并考慮到汽車自身加速和減速能力、安全性、舒適性及快速性等多方面因素，建立的以保持安全車間距為目標，以本車與行駛車道內(nèi)的前方目標的相對運動狀態(tài)為輸入，以本車期望縱向加速度為輸出的系統(tǒng)控制器，并通過執(zhí)行機構(gòu)控制本車加速和減速，促使本車以期望車間距精確的跟隨前車[1]。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車安全性、舒適性、快速性等多個相互關(guān)聯(lián)且存在一定矛盾的性能指標提出了新的要求[2-3]，怎么協(xié)調(diào)這些性能指標成為ACC系統(tǒng)設計的關(guān)鍵問題，研究人員相繼提出了基于PID控制[4-5]、滑?？刂芠7]、最優(yōu)控制[8]以及模型預測控制[9-10](Model predictive control,MPC)等控制理論的ACC系統(tǒng)控制策略。如文獻[8]利用最優(yōu)控制理論將引入前車加速度的前車跟隨誤差模型轉(zhuǎn)化為線性二次型調(diào)節(jié)器問題，并定義前車跟隨誤差模型的無限時間離散二次型目標函數(shù)以協(xié)調(diào)多個性能指標，但其解為了簡化運算忽略了前車加速度的影響，導致本車跟隨前車時誤差較大。文獻[9]在模型預測控制的框架下，將汽車自適應巡航控制算法設計轉(zhuǎn)化為帶約束的在線二次優(yōu)化問題，雖然其仿真結(jié)果良好，但是其求解依賴于MATLAB優(yōu)化工具箱的二次規(guī)劃求解器，并且過程比較復雜，很難將其嵌入到實車控制器中。

為此，本文在文獻中關(guān)于ACC系統(tǒng)的縱向動力學模型的基礎上,引入約束函數(shù),并且在模型預測控制的框架下,以系統(tǒng)的輸出（間距差、相對速度、本車實際加速度）的加權(quán)平方和作為協(xié)調(diào)多性能指標的目標函數(shù)，接著將含有多個變量的目標函數(shù)轉(zhuǎn)化為含有一個未知變量的一維極值問題，并運用MATLAB的fminbnd函數(shù)對目標函數(shù)進行求解,實現(xiàn)了ACC系統(tǒng)多性能指標的協(xié)調(diào)控制。最后通過仿真，驗證了算法對協(xié)調(diào)汽車多性能指標（安全性、舒適性和快速性）的可行性。