车辆自适应巡航控制系统的发展和应用前景

刘猛，张丽萍

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

引言

汽车定速巡航系统已经在很多汽车上得到成熟应用，在一定程度上可以减少驾驶员驾驶强度，但由于这种巡航系统功能较单一，不够智能，安全性得不到很好的保障，因此车辆自适应巡航控制系统应运而生，它是在巡航控制技术基础上逐渐研发出来的，所以同时具备了定速巡航和自动调整汽车行驶速度的能力以及可以保持安全车间时距的功能。巡航控制系统的核心可以实现对车辆的实时控制目前，国内外对于巡航控制系统主要在传感器和控制策略等方面进行大量研究。

1 自适应巡航控制系统发展概述

ACC 的历史最早能够追溯到上世纪70 年代，1971 年，美国 EATON（伊顿）公司就开始从事这方面研究工作，其研究的原型是日本三菱公司提出的PDC 控制系统，上世纪90 年代三菱汽车在本国市场首次推出第一次款ACC 控制系统，从此之后丰田、本田、福特、博世等公司也纷纷加入巡航控制系统的研发行列。巡航控制系统的发展分为三个阶段：首阶段为上世纪90 年代初时针对高速公路而设计的巡航控制系统，以定速巡航和安全车距为两大主要功能而设计的；第二阶段为上世纪90 年代末针对城市启停工况而设计的ACC 系统，从而实现自动起步、停车以及低速跟车等巡航功能；第三阶段为21 世纪初至今，考虑燃油经济性、跟踪性能和驾驶员感受等多因素巡航控制系统。另外，ACC 的控制系统热的功能也在不断更新和升级，例如，利用ACC 系统与车道保持相融合，以及与避撞相结合等，这种融合打破了传统巡航控制系统只有纵向跟车功能的局限，进一步提升了汽车自动安全驾驶的等级。目前，巡航控制系统主要安装在中高档轿车上，且国内缺乏成熟控制算法以及ACC 生产制造商。国外科研机构对ACC 技术进行了大量实验研究，并取得了阶段性的进展。

2 ACC 系统的架构与工作原理

其基本组成如图 1 所示。信息采集模块主要用于探测本车状态及车辆行驶环境等相关信息，信号控制模块主要策出车辆的该如何进行控制，并将期望的行车加速度信号给油门驱动或刹车制动执行模块；执行单元主要由油门踏板、刹车踏等执行器组成，人机交互界面主要作用是对ACC 系统的功能选择及相关参数进行设定。巡航控制系统工作原理如图2 所示，雷达传感器开始检测前方车辆行驶状况，根据前方车辆的行驶工况从而来决定巡航控制模式被激活，巡航系统将根据驾驶员设定的相关参数和车辆采集的行车信息等，使汽车达到希望的加速度；如果前方有车辆且距离较近或速度很慢，则会从巡航控制转换为跟车模式，ACC 根据驾驶员设定的车头时距和车辆传感器采集的相关信息计算出期望间距，自动调节节气门开度和刹车压力等，使车辆以理想的车间距跟随前车行驶。

图1 ACC 系统基本组成结构

图2 巡航系统工作原理

3 ACC 未来的应用前景

车辆自适应巡航系统已得到了一定的发展成果，但对自适应巡航控制系统的研究还有一些技术问题需要深入讨论。下面对其中的一些共 性问题诸如控制算法对于环境适应性差，误报率比较高进行总结，并预测巡航控制系统的发展和 应用前景：

（1）ACC 系统难以识别静止物体，例如道路的几何形状和天气情况都ACC 系统产生了一定的局限性。另外车辆的传感器技术。巡航控制系统对于行车环境的适应性比较差，需要多传感器融合技术从而来降低巡航控制器的误报比率，这样可以更好地确定车辆此时行驶状态。集成化控制可以降低生产和开发成本，加强车载系统间的相互联系，充分获取各种行车信息，这样可以大大提高系统的稳定性以及可靠性.所以，将雷达和摄像头信息相融合，开展复杂行车环境下巡航控制系统的环境感知技术研究是未来发展的应用前景。

（2）在建模过程均对对车辆进行了不同程度的简化处理，对发动机模型的动态特性、动力传动系统的非线性等动力学特性的影响考虑较少。未来巡航控制系统的应用将同其它的插在电控系统相互融合，从而形成智能车载电子控制系统。所以，建立考虑汽车动力学系统时滞、时变、耦合和强非线性特性等特点是未来巡航系统的研究方向之一。

（3）虽然在城市工况中的起－停巡航控制系统系统已经在部分车型实现量产，但是ACC 系统还不能完全适应前车紧急加速、紧急减速、前车切出、旁车切入等行车工况，因此，未来ACC 系统的发展应该进一步提升巡航控制器的可靠性和鲁棒性，随着ACC 系统的日趋完善，人们对其要求也在提升，节能型 ACC 逐渐成为人们关注的热点。

4 结语

首先从整体上介绍了ACC 系统发展历程．然后指出了 ACC 系统的发展趋势。目前，国外巡航控制系统已经做了很多相关工作，且已经实车实验并应用于部分车型，而国内在该领域的研究与发达国家有很大的差距，目前仅集中在同济大学和吉林大学等几所高校及研究机构中。最后，归纳 ACC 研究的共性问题与发展趋势。技术发展趋势未来ACC主要向以下几个方向发展：①全速ACC 进一步普及；②ACC与LKA 等其他驾驶辅助技术集成；③ACC 与智能交通系统相融合。