基于模糊控制的車輛自動(dòng)駕駛前車跟隨控制方法研究

袁蘇哲，張 祥

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛的自動(dòng)化程度不斷提高，人們對(duì)車輛的智能化程度有了更高的要求，自動(dòng)駕駛車輛正逐漸替代人類承擔(dān)起更多的駕駛?cè)蝿?wù)。前車跟隨控制是車輛自動(dòng)駕駛過(guò)程的一個(gè)重要的組成部分[1]，自動(dòng)駕駛車輛在行駛過(guò)程中，通常會(huì)遇到需要跟車的情形，在此情形下，通過(guò)車載傳感器所獲取的信息，自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)需控制本車與前車保持相同的車速，并能在前車車速改變的情況下不斷地對(duì)自身車速與合理的跟車距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與前車車速同步一致，且跟車距離始終合理安全，從而達(dá)到自動(dòng)跟隨行駛的目的。

1 車輛自動(dòng)跟隨控制原理

前車跟隨控制的主要過(guò)程是通過(guò)車載傳感器獲得的本車車速、相對(duì)速度以及兩車距離等信息，并將上述信息發(fā)于自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)，通過(guò)制定相應(yīng)的控制規(guī)則，由這三個(gè)變量共同決定車輛的期望加速度，控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算所得的期望加速度，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如節(jié)氣門、自動(dòng)換擋系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，控制車輛實(shí)際加速度達(dá)到期望加速度。

2 基于模糊控制的車輛跟隨控制設(shè)計(jì)

2.1 模糊控制理論基礎(chǔ)

模糊控制的基本工作原理是將測(cè)量得到的被控對(duì)象的狀態(tài)經(jīng)過(guò)模糊化接口轉(zhuǎn)換為用人類自然語(yǔ)言描述的模糊量，而后根據(jù)控制規(guī)則庫(kù)經(jīng)過(guò)模糊推理得到輸出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再經(jīng)解模糊化轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的精確輸出量[1]。

2.2 模糊參數(shù)的選擇

車載傳感器能直接獲取的參數(shù)有本車速度、前車速度及兩車間距，車輛跟隨的目的是使本車車速與前車速度一致，且保持合理的跟車距離。前車車速即期望速度，相對(duì)速度即本車速度與前車速度差值dv；兩車間距也是車輛自動(dòng)行駛過(guò)程中極其重要的參數(shù)，在車輛跟隨控制過(guò)程中，還應(yīng)考慮實(shí)際行車間距與理想行車間距的距離差值dD.因此本文將選取速度差值dv與距離差值dD作為模糊控制輸入變量。

2.3 參數(shù)的模糊化處理

在Matlab模糊控制工具箱中，將速度差值dv與距離差值dD精確量進(jìn)行模糊化處理，用對(duì)應(yīng)的模糊語(yǔ)言來(lái)表示形成模糊語(yǔ)言集合的子集，其中dD速度差值可劃分為七個(gè)模糊集合，分別用字母{NL，NB，NS，0，PS，PB，PL}來(lái)表示速度差值的負(fù)極大、負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大、正極大；距離差值同樣劃分為七個(gè)模糊集合，分別用字母{NL，NB，NS 0，PS，PB，PL}來(lái)表示距離差值的負(fù)極大、負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大、正極大；對(duì)于期望加速度同樣采用七個(gè)模糊集合，分別用字母{NL，NB，NS，0，PS，PB，PL}來(lái)表示期望加速度的負(fù)極大、負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大、正極大。并以此定義各個(gè)變量的隸屬度函數(shù)。

2.4 制定模糊控制規(guī)則

鑒于前車跟隨控制需要在保證車輛行駛的安全性的前提下同時(shí)保證車輛行駛的快速性，故制定如下規(guī)則，當(dāng)距離差值為正，速度差值為負(fù)，此時(shí)車輛應(yīng)加速行駛；當(dāng)距離差值為負(fù)，速度差值為正，車輛應(yīng)減速；當(dāng)距離差值與速度差值均為負(fù)或均為正，此時(shí)應(yīng)考慮綜合考慮速度差值與距離差值的對(duì)加速度的影響。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)推理得到如下模糊控制規(guī)則表，如表1所示。利用Mamdani算法進(jìn)行模糊推理，得到的結(jié)果為對(duì)應(yīng)加速度差值下的模糊控制查詢表，其完整的模糊控制規(guī)則表如表1所示，通過(guò)面積重心法解模糊化即可[2-3]。

表1 模糊控制規(guī)則表

3 仿真實(shí)例

本文通過(guò)matlab模糊控制工具箱進(jìn)行模糊控制設(shè)計(jì)，通過(guò)simulikn進(jìn)行仿真。

加速試驗(yàn)選取如下模擬環(huán)境：兩車初始距離80 m，本車初始速度10 m/s，前車速度為16+6sin（·t），其仿真結(jié)果如圖1所示。

（續(xù)上圖）

圖1 試驗(yàn)仿真曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于模糊控制的車輛自動(dòng)駕駛前車跟隨控制方法，該方法同時(shí)兼顧了車輛自動(dòng)駕駛的安全性和高效性，且模糊控制的思路清晰明了，仿真結(jié)果同時(shí)表明不論是加速還是減速過(guò)程，該方法都能有效地獲得合理的期望加速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)前車的速度跟隨。

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