摘要
近年来，人们对车辆的经济性、舒适性、安全性等性能要求越来越高，因此满足多性能要求的多目标自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control，ACC)已成为汽车辅助驾驶系统研究的热点之一。本文为解决车辆在复杂环境下，单一控制模式无法实现车辆多目标协同控制问题，提出多目标的多模式的自适应巡航控制算法，并通过改变控制器的采样时间优化多目标控制策略。该控制系统采用分层控制框架，分别对车辆车头时距策略，上层控制器和下层控制器进行研究，采用 Micro AutoBox Ⅱ 控制器和 ADAS HIL 机柜搭建硬件在环仿真平台来验证设计算法的实际控制效果，主要内容包含以下几个方面： (1) 为提高巡航时安全性和跟随性，设计可变车头时距（IVTH）的间距控制策略算法。该算法考虑前车加速度对车头时距的影响，将其作为车辆巡航时安全时距输入信号之一，并设置饱和函数对车头时距上下限约束。仿真结果表明，改进的可变车头时距策略能有效提高自适应巡航控制系统在前车变速行驶工况下的跟车性和安全性。 (2) 自适应巡航系统上层控制器根据道路行驶工况划分为 6 种控制模式。在道路无跟随目标时，基于PID控制算法设计定速巡航模式；反之，基于模型预测控制算法设计跟车行驶控制器，该控制器根据跟车工况划分5种控制模式。跟车行驶控制器是通过分析车辆纵向动力学特性，建立考虑自车加速度变化率的多阶状态方程。设计考虑车辆安全性、舒适性、跟随性和燃油经济性的多目标函数，并分析车辆自身特性和交通规则得到约束函数。基于模型预测理论，将目标函数和约束函数转化为滚动优化时域内带有多个约束的二次规划问题，并设置松弛因子软化硬约束边界以解决控制器在滚动时域内无可行性解的问题，为解决多模式切换时车辆加速度突变和模型预测控制器控制实时性较差问题，通过模糊控制完成控制模式匹配和切换设计，并改变控制器的采样时间，提高控制器的响应速度。 (3) 自适应巡航系统的下层控制器设计了 PI 控制器和油门/刹车切换策略，以实现本车实际加速度对期望加速度的追踪。仿真实验结果表明所设计下层控制器具有良好的精确性和鲁棒性。 (4) 为验证多目标优化的多模式自适应巡航控制器的控制效果，将控制算法下载至Micro AutoBox Ⅱ 控制器，通过 ADAS HIL 系统设置虚拟车辆模型并搭建测试场景，联立Micro AutoBox Ⅱ 控制器和 ADAS HIL 系统组成 ACC 硬件在环仿真平台，并设置四种工况通过硬件在环仿真验证控制器的控制效果。结果表明，本文所提出的控制策略具有良好的控制效果和鲁棒性。
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