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1、汽车自巡航系统随着社会的进展与进步，人们对汽车行驶安全性、舒服性的要求越来越高。为了满足人们的需求，汽车电子化程度也越来越高，专门是微 处理器进入汽车操纵领域后，给汽车进展带来了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳固性、安全性、燃油经济性及尾气的排放都得到了大幅改 善。随着汽车工业和公路运输业的进展，以及非专业司机的不断增加，车辆驾驶的自动化己成为汽车进展的要紧趋势之一。人们需要更加舒服、 简便和安全的交通工具，以适应快速的生活节奏，因此对汽车智能化的要求更加迫切，汽车自动巡航操纵系统能够有效地减轻长途驾驶的疲劳， 是提高舒服性和趣味性的重要方法之一。1汽车自动巡航操纵系统概述1. 1国内外汽车
2、自动巡航技术进展现状汽车自动巡航操纵系统(Autonomous cruise Control System，Accs)是当汽车在高速公路上行驶时，驾驶员即使不踏加速踏板，汽车仍能 够按驾驶员所期望的车速自动保持行驶功能。汽车自动巡航操纵系统依照驾驶员设定的目标车速和车辆行驶阻力的变化，自动调剂节气门开度， 以使车辆达到按目标车速自动行驶的目的。汽车自动巡航操纵系统除了坚持车辆按驾驶员所期望的车速行驶外，还具备加速、减速和复原的功能。 在汽车自动巡航操纵状态下，假如踏下制动踏板或操纵巡航操纵取消开关，则可自动解除巡航功能，假如重新按下复原开关，则复原解除前的固 定的车速。在巡航操纵期间，随着道路
3、坡度的变化以及汽车行驶所可能遇到的阻力，车辆自动变换节气门开度或自动进行档位转换，以按储备在 微处理器内的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳固行驶。运用该系统能够减轻驾驶员因长时刻操纵节气门而产生的疲劳，从而减少或幸免交通 事故的发生；同时可幸免不必要的节气门振动，从而改善了汽车的经济性；提高车流量和运输生产率，并在一定程度上提高了汽车的动力性和乘 坐舒服性。国外研发汽车自动巡航操纵系统起步专门早，其进展过程要紧经历了三个时期:第一时期是20世纪6070年代中期，早期的汽车巡航操纵系统要紧是机械式和气动机械式巡航操纵系统。例如，日本丰田公司从1965年 起就开始在车内装用机械式巡航操纵系统。之后
4、，德国的VD0公司也研制出了气动机械式巡航操纵系统。而1968年德国奔腾公司开发了晶体管 操纵的巡航操纵系统，并在莫克利汽车内装用，这期间美国和日本相继显现了以模拟电路为基础的汽车巡航操纵系统。第二时期是20世纪70年代中后期80年代中后期，以数字信号为主的操纵系统。随着单片机技术的进展，专门是大规模集成电路及单片 机的应用，显现了以数字技术为基础的巡航操纵系统。如1974年美国鲁卡斯汽车研究中心研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字车速/车距 操纵系统，该系统能够更好地适应路面状况的变化。日本日野(Hino)公司于1985年投放市场一种基于燃油经济性的车速操纵系统，其操纵框图 如图8-1所示。
5、其操纵部分的核心是微处理器。美国摩托罗拉公司也研制了一种采纳微处理器操纵的巡航操纵系统，这种系统的所有输入指令以 数字形式直截了当储备和处理，微处理器依照指令车速、实际车速以及其他输入信号，按给定程序完成所有数据处理，并产生步进电动机的驱动 信号输出，改变节气门开度，每种车型的最佳加速度和减速度由编程人员决定。从安全上考虑，将制动开关与节气门执行器直截了当相连，如此 当踩下制动踏板时，在断开巡航操纵系统的同时，将执行器的动力源断开，从而使节气门迅速脱离巡航操纵系统的操纵。3 8 1 iim公司研制的经济型车速矿 ;.华心与模拟技术相比，数字系统的突出特点是系统的信号量以数字表示，受工作温度和湿
6、度的阻碍较小，因 此数字操纵系统具有更高的稳固性。关于汽车自动巡航操纵系统可采纳先进的大规模或超大规模集成电路技 术做成专用模块，也可在微处理器上编程来实现。当汽车内其他系统已有操纵微处理器时，只要修改一下程 序便可将此功能附加上去，因而可节约昂贵的硬件开支。第三时期，从20世纪90年代开始，国外又开始进展以智能化为核心的汽车自动巡航操纵系统和以定距 离操纵为主的自适应巡航操纵系统。1990年美国鲁卡斯公司研制出一种自动恒速智能操纵系统，该系统采纳了连续调频波雷达，通过雷达来 探测前方车辆与本车的距离，通过处理单元运算出相对车速与距离，并将该信息提供给电子操纵单元，通过 执行器操纵节气门来操纵
7、车速。之后，该公司又针对暴露的问题加以改进，在美洲虎牌轿车内安装了新的自 动恒速操纵系统，并对操纵节气门与制动器的执行机构作了改进，微波雷达安装在前保险杠内，通过塑料车 牌照发射微波探测信号。目前国外专门多专家都在研究自适应巡航操纵系统。这种巡航操纵系统要紧由测速装置、转向角传感器、 车速传感器、制动电子操纵单元(ECU)和发动机ECU等组成。当道路情形良好时，该系统确实是一般的巡航操 纵系统，能够按设定车速巡航行驶；当距另一辆车距离较近及相对车速较高时，通过巡航操纵系统操纵制动 器减速。情形正常后将自动复原原先的车速，假如前方车辆减速，ACCS便操纵制动器来坚持一定的车距，从 而幸免了汽车的
8、追尾。国外专门多专家开始了一种半自主式巡航操纵系统的研究。此种巡航操纵系统能够专门快地应用于公路 上，同时能够保持人工操纵和自适应巡航操纵系统的共存。其研究的理论结果说明，此种操纵系统具有更高 的操纵精度。综合利用仿真、分析和实验结果对人工驾驶和具有自适应操纵系统的汽车进行了比较，从得到 的数据和信息能够明白，具有巡航操纵系统的汽车能对驾驶员提供重要的辅助作用，对行驶安全性提供了一 种主动安全技术。目前许多车辆，专门是高级轿车差不多把巡航操纵系统作为配备设备或备选设备。例如美国别克(BUICK)、 凯迪拉克(CADILAC)、协和(CONCORD)、纽约人(NEW YORKER)、克莱斯勒(C
9、MC)等轿车均装用了巡航操纵系统。 而日本高速公路的迅速进展使得巡航操纵系统的装车率也不断得到提高，如日本皇冠(CROWN)、佳美(CAMRY)、 凌志(LEXUS)等轿车也装有巡航操纵系统。欧洲的奔腾(BENZ)、宝马(BMW)以及我国的红旗轿车等均装有巡航 操纵系统。由于国内汽车起步较晚，同时就目前我国公路状况和实际应用来说，对汽车巡航操纵系统的研究应用要 紧是以单车定速操纵为主。目前，模拟汽车恒速操纵器在我国差不多投人一辈子产和使用。例如：由江苏省 某巡航设备厂生产的XD-1型汽车定速系统是一种机电式汽车巡航操纵系统。该系统用汽车发动机工作时产生 的真空度作为动力，通过简单的机电结构来稳
10、固发动机的转速，使其产生的真空度保持最小的变化。然而该 机电式巡航操纵装置尽管结构简单，却有操纵精度不高、稳固性不强等缺点。国内有多所高校和科研单位从事汽车自动巡航操纵系统的研究，操纵系统的硬件核心部件采纳不同型号 的单片机，操纵策略多采纳PID调剂方式，也有人将模糊操纵算法应用于巡航操纵系统，仿照驾驶员驾驶汽 车的情形，依照目标车速与实际车速之间的偏差及路面情形，利用自己的体会，决定加速踏板的变化量，从 而使汽车车速趋近于目标车速。用于汽车巡航操纵的模糊操纵器输入量一样可选择设定车速和实际车速的偏 差以及偏差的变化率，模糊操纵是不依靠系统的精确数学模型，因而对系统的参数不太敏锐。其不足之处是
11、 模糊操纵规则的猎取和模糊隶属函数形状的确定，一旦系统确定，其规则和隶属函数就确定了，不能随外界 和车辆参数变化进行调整。1. 2汽车自动巡航操纵技术为了使汽车巡航操纵系统达到车速操纵的要求，在单片机实时操纵系统总体方案确定后，操纵方案的选 择专门关键，目前用于汽车巡航操纵的操纵方案要紧有PID操纵、模糊操纵、迭代学习操纵、自适应操纵等， 它们都有各自的特点。1. PID操纵PID操纵，即比例一积分一微分操纵，依照实际车速与设定车速的偏差，实现汽车不变参数的巡航操纵。在汽车行驶过程中，驾驶员设定一个车速给操纵器，同时车速传感器测得的实际车速也输入操纵器，产 生实际车速和设定车速的偏差(设为)，
12、操纵器的比例部分依照偏差的大小输出相应的操纵量，以操纵节气 门的开度，使车速迅速趋近设定车速。考虑到偏差一直存在，操纵器的积分部分就把偏差积存起来加大操纵 量，以消灭偏差，使车速保持恒定，而微分部分则起预估作用。当 v0时，表示偏差在加大，就及时增加 操纵量，使减小；当AvVO时，表示偏差在减小，则减小操纵量，以幸免趋近于零时，又向反方向进 展而引起振荡。PID操纵具有结构简单、参数整定方便的优点，在许多场合下都能获得令人中意的操纵成效。然而由于 被控对象的特性比较复杂，具有非线性或时变的过程，应用常规PID操纵，若参数调整不当，会使系统不停 地振荡，操纵成效不甚理想。有关PID的算法将在后续
13、章节中详细介绍。2. 模糊操纵模糊操纵是一种仿照人工操纵活动中人脑的操纵策略，运用模糊数学把人工操纵策略用运算机实现，它 是近几年进展起来的一种新型的汽车巡航操纵技术。司机对汽车的操纵，从本质上来说是一个模糊操纵的过 程。驾驶员驾驶汽车时，依照目标车速与实际车速之间的偏差及路面情形，利用自己的体会，决定加速踏板 的变化量，从而使汽车趋近于目标车速。仿照这一过程的模糊操纵原理框图如图82所示。用于汽车巡航操 纵的模糊操纵器的输入量一样可选择设定车速与实际车速的偏差以及偏差的变化率。图8-2汽车巡航校制系统的一横典掉扩模糊操纵不依靠系统的精确数学模型，因而对系统的参数变化不敏锐，其不足之处是模糊操
14、纵规则的猎 取和模糊隶属函数形状的确定是一项费劲的工作，而且系统一旦确定，其规则和隶属函数就确定而不能随外 界和车辆参数变化进行调整。汽车自动巡航操纵系统（下）3. 迭代学习操纵因为汽车巡航行驶中存在着严峻的非线性和不确定性，专门是巡航操纵参数在不同车速下其值是不确定 的，同时运动载体对操纵的实时性要求较高，因此有人将迭代学习算法应用到了汽车巡航操纵系统中。基于 迭代学习技术的汽车巡航操纵原理如图8-3所示。利用实际车速与设定车速的偏差，通过多次的迭代运算得 出一个修正量，进一步修正操纵器输出的操纵量，从而使实际车速更趋近于设定车速。迭代学习操纵能够对参数是未知的然而变化的或不变的系统实施有效
15、操纵。相关于其他操纵技术，迭代 学习操纵的适应性更广，实时性更强。但其算法复杂，运算机编程困难。4. 自适应操纵由于汽车自动巡航操纵系统是一个本质非线性系统，同时汽车在行驶过程中受到路面坡度、空气阻力等 外界干扰，因而基于时不变系统得到的操纵方法就难以在各种工况下取得良好的成效，解决的方法是加入自 适应环节，其操纵方法能随各种因素的变化而实时地加以调整，以适应复杂多变的行驶工况。自适应操纵是针对具有一定不确定性的系统而设计的。自适应操纵方法能够自动监测系统的参数变化， 从而时刻保持系统的性能指标为最优。目前用于汽车巡航操纵的自适应操纵要紧为模型参考自适应操纵。基 于自适应操纵的汽车巡航操纵原理
16、如图8-4所示。设定车速同时加到操纵器和参考模型上，由于参考模型的 理想车速和实际车速不一致，产生偏差，自适应机构检测到这一偏差后，通过一定的运算，产生适当的调整 信号改变操纵器参数，从而使实际车速迅速趋近于理想车速，当偏差趋于零时，自适应调整过程就停止，操 纵参数也就调整完毕。当汽车在行驶过程中遇到上下坡或是由于风力而使车速发生变化时，系统也如上述过 程一样，对操纵器参数进行调整。困a-4汽车拽航控制系统的白适应：&5图鉴于自适应操纵的上述特点，自适应操纵专门适合像汽车如此的一类非线性系统的操纵。在操纵过程中，系统能够自动调整操纵参数，使得操纵成效更好。1. 3汽车自动巡航操纵系统的进展趋势汽车自动巡航操纵系统自20世纪70年代起各大汽车厂家都争相研制并装在较高级的轿车内，到了 80年 代中末期，由于微处理器在汽车内的广泛应用和高速公路建设的迅速进展，使得它更加完善。到20世
