摘要
随着国内高速公路数量的不断增加，道路交通事故也呈现出逐年增长的趋势，给人类的生命和财产造成了巨大的损失。其中，人为因素是造成交通事故的主要原因之一，若是从“人-车-路”构成的驾驶环境中除去“人”的因素，对于提高驾驶过程的主动安全性至关重要。自适应巡航控制（AdaptiveCruiseControl，ACC）作为辅助驾驶应当提高智能化水平，对车辆进行纵横向协调控制，保证车辆行驶在高速公路下的安全性和稳定性。因此本文对高速公路下的车辆纵横向运动进行了研究。 首先，采用Carsim动力学仿真软件来建立车辆模型，将传统的发动机动力源替换为Matlab/Simulink建立的轮毂电机模型，以实现更加高效、环保的动力输出，并进行仿真分析，验证整车模型的准确性。其次，对车辆行驶的道路曲率进行估计，进而确定进入弯道后前车的车道位置。在车辆跟随状态下，针对前车的入弯和变道情况进行辨识，筛选出有效的跟踪目标，并对入弯和变道进行判别验证。随后设计了高效的下层控制和驱动/制动切换策略，确保车辆能够实现稳定的跟随行驶，同时满足安全性和舒适性的要求。 然后，设计了一种考虑道路曲率的安全距离模型，并将其与预警指数和逆碰撞时间作为模式切换的判断条件，将自适应巡航划分为三种模式，分别为：定速巡航、跟随和避撞。在纵向控制方面，设计了ACC的上层控制器，其中定速巡航模式采用PID算法；而跟随模式则采用鲁棒模型预测控制算法，通过考虑多个目标并平滑各目标的动态响应曲线，同时考虑驾驶安全性、跟车稳定性以及驾驶舒适性，实现了有效的跟随控制。在横向控制方面，采用模型预测控制算法实现了车辆的转向控制。控制器以外界环境信息和自车状态作为输入，使用前轮转角作为控制量，实现车辆的前轮转向。在得到纵向和横向控制之后，需要将二者联系起来进行协调控制。通过将纵向车速变化实时传输到横向控制器中，并引入纵向和横向安全指数，实现了对车辆纵横向运动的协调控制，保证车辆在弯道下的驾驶稳定性和安全性。 最后，本文运用Carsim仿真软件和Matlab/Simulink进行了联合仿真，并根据EURO-NACP测试标准设计了定速巡航、跟随、前车紧急制动和前车切入切出等驾驶工况，验证了控制算法的有效性。仿真实验结果表明，本文设计的控制器在各种驾驶工况下都具有良好的安全驾驶和路径跟踪性能。
NETL