我國汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景

郭佳

摘 要：現(xiàn)如今，我國的汽車巡航控制系統(tǒng)緊跟時代發(fā)展，走向智能化。本文主要論述了我國汽車巡航控制系統(tǒng)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，并在此基礎(chǔ)上對汽車巡航系統(tǒng)未來的發(fā)展提出建議和意見。

關(guān)鍵詞：我國汽車巡航控制系統(tǒng);發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展前景

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的逐漸發(fā)展，汽車走進了千家萬戶。汽車帶給人們便利的同時，也對我們的環(huán)境造成了嚴重的污染。于是，人們將對汽車的研究方向從難以提高的內(nèi)燃機工作效率，轉(zhuǎn)移到汽車巡航控制系統(tǒng)上。期望保障汽車的穩(wěn)定行駛，減少人為駕駛的不規(guī)范導(dǎo)致的油耗增加，污染加重。同時，更重要的是將駕駛員從駕駛中解放出來，緩解駕駛員的駕駛疲勞，提高駕駛的舒適性，從而降低駕駛疲勞的事故率。

2 汽車巡航控制系統(tǒng)

汽車巡航控制系統(tǒng)是由車載ECU控制，通過傳感器實時監(jiān)測當(dāng)前車況和行車環(huán)境，并根據(jù)當(dāng)前車況控制節(jié)氣門開度和剎車制動器，調(diào)節(jié)車速的大小，從而滿足當(dāng)前汽車行駛需求。

汽車巡航控制系統(tǒng)最早起源于20世紀40年代，由美國盲人發(fā)明家所發(fā)明，并逐漸應(yīng)用于汽車，一直發(fā)展至今，而國內(nèi)相比于國外的發(fā)展要慢上許多，在20世紀90年代開始逐漸對汽車巡航進行研究。隨著技術(shù)的不斷突破，智能化的興起，我國緊跟時代潮流，大力發(fā)展智能化，使智能化應(yīng)用于各行各業(yè)，于是無人駕駛概念的提出，極大的促進了我國汽車巡航控制系統(tǒng)的研究發(fā)展。在對汽車人才的培養(yǎng)上，各高校已將汽車巡航系統(tǒng)的學(xué)習(xí)加入到高校相關(guān)專業(yè)的課本里，并伴有相關(guān)的課程設(shè)計，使學(xué)生對汽車巡航有初步的認知和把握，為未來的工作研究打下良好的基礎(chǔ)。

3 我國汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人駕駛是近年來的熱門話題，作為無人駕駛技術(shù)的核心技術(shù)之一的汽車巡航控制系統(tǒng)，也成為了各大高校和研究所的熱門研究內(nèi)容。

3.1 控制系統(tǒng)的完善

東北林業(yè)大學(xué)針對汽車巡航控制在行駛過程中存在的汽車加減速和安全性、舒適性等多個性能指標(biāo)不協(xié)調(diào)的問題，提出了一種基于模型預(yù)測控制和最優(yōu)控制的控制算法。通過根據(jù)本車和前車縱向運動學(xué)特性，建立了車輛和前車的逆縱向運動模型，并將多性能指標(biāo)量化，將含有多個變量的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為一維極值問題，提出極值MPC算法。經(jīng)仿真模擬實現(xiàn)其目標(biāo)，在保證安全性的情況下，具有更高的舒適性和快速性。[1]

汽車在行駛過程中會由于大風(fēng)、道路顛簸等非線性、不確定性環(huán)境因素的影響使得汽車巡航系統(tǒng)建立的參考模型往往會十分的不準(zhǔn)確，極大的影響汽車巡航系統(tǒng)的功能性。因此東北林業(yè)大學(xué)針對非線性系統(tǒng)等效線性化方法的不足，提出通過建立汽車縱向動力學(xué)模型和模糊控制理論設(shè)計ACC系統(tǒng)并采用MATLAB/Simulink驗證，得出該方法能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航功能，并保證良好的跟蹤性、安全性和適應(yīng)性。[2]

3.2 行車環(huán)境的感知

針對在行車過程中彎道處目標(biāo)車輛的丟失或混亂的問題，文獻[3]采用應(yīng)用擴展卡爾曼濾波理論進行巡航系統(tǒng)前方彎道關(guān)鍵目標(biāo)識別研究，建立非線性三自由度車輛模型，設(shè)計了橫擺角速度的擴展卡爾曼濾波器，實現(xiàn)了道路曲率的在線實時估計。建立彎道目標(biāo)識別模型，并采用模糊控制理論，設(shè)計多目標(biāo)換道模糊邏輯控制器，確定關(guān)鍵目標(biāo)車輛，并利用MATLAB/Simulink仿真驗證，得出了該方法能有效識別彎道處的目標(biāo)車輛。[3]

在安全車距的設(shè)計上，文獻[4]采用H理論設(shè)計了線性參變間距控制算法，并采用線性參變模型描述了車輛與前車的相對運動特性，通過加速度限值抑制了控制輸入飽和且改善了駕駛的舒適性。[4]

近幾年隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的完善，文獻[5]提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車巡航控制系統(tǒng)，開發(fā)了一種分層式控制策略，在上層控制中將汽車的傳感器發(fā)送的本車速度、加速度和車間通信模塊發(fā)來的前車車距、速度、加速度等信息進行采用加速度前饋加誤差反饋控制算法分析，由下層的執(zhí)行機構(gòu)控制層對汽車進行實時控制。實現(xiàn)汽車巡航。經(jīng)仿真和整車試驗表明：該控制策略可以實現(xiàn)快速準(zhǔn)確響應(yīng)，但是當(dāng)汽車時間距較小時，會發(fā)生較大的誤差。雖然有一定的局限性，但是它對實現(xiàn)更小的跟車間距的準(zhǔn)確性提供了一種可能。為未來的車聯(lián)網(wǎng)巡航系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。[5]

3.3 駕駛員行為特性研究

文獻[6]基于駕駛員行為跟車行為特性開發(fā)了新型的自適應(yīng)巡航算法，通過對駕駛員跟車行為特性的研究比較市面通用的決策算法，指出了通用算法的不完善提出了新型算法。

Sego為自車制動距離，自車當(dāng)前的車速為vxm/s，目標(biāo)車輛相對于自車的速度為vrm/s，減速度常數(shù)為am/s2，Starget為目標(biāo)車輛的制動距離m。SDelta為自車完全停止所需要的制動距離比目標(biāo)車完全停止所需要的制動距離長。stopGap為停止距離，Tr為駕駛員的反應(yīng)時間。

經(jīng)仿真和實車驗證，發(fā)現(xiàn)模型能夠較好地擬合跟車過程，可用于自動駕駛或者自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的跟車距離決策，并且通過特征參數(shù)調(diào)整獲取不同駕駛/乘坐習(xí)慣，使巡航系統(tǒng)更加符合駕駛員跟車習(xí)慣，提高駕駛舒適性。[6]

4 我國汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展前景

隨著我國人民對生活出行質(zhì)量的要求逐漸提高，汽車行業(yè)又迎來新的發(fā)展前景，加快推進汽車巡航控制系統(tǒng)的研究發(fā)展，已是汽車行業(yè)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵一步。以下是對汽車巡航控制系統(tǒng)未來發(fā)展的初步展望。

4.1 控制算法的研究

汽車駕駛過程要使汽車針對不同的情況有著相對應(yīng)的準(zhǔn)確反應(yīng)。這需要各個車用傳感器實時傳輸數(shù)據(jù)，但隨著行駛條件的復(fù)雜化，車況數(shù)據(jù)也愈發(fā)復(fù)雜，存在著諸多變量。這就需要系統(tǒng)的控制算法能及時分析處理數(shù)據(jù)，并發(fā)出相應(yīng)的指令，對汽車進行調(diào)整。因此新算法的研究對于巡航系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。

4.2 加強汽車通訊技術(shù)，實現(xiàn)汽車互聯(lián)互通

傳統(tǒng)的汽車通過傳感器來監(jiān)測當(dāng)前車況，與周圍車輛信息，但相比于傳感器，利用無線通訊與周邊車況汽車實現(xiàn)互聯(lián)互通，獲得車輛的駕駛信息，豐富的行車數(shù)據(jù)使得系統(tǒng)對汽車的控制更加的精準(zhǔn)，可靠。

4.3 建立故障預(yù)警、處理機制，提高系統(tǒng)的安全性

從2012年發(fā)生的豐田汽車巡航失控，到2018年發(fā)生奔馳車巡航失控和東風(fēng)標(biāo)致巡航失控，這些事故，無不在提醒我們在對汽車巡航技術(shù)滿懷期待的同時，也要加強巡航系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和對系統(tǒng)故障預(yù)警、處理機制的建立，保障行車安全。

4.4 嘗試人工通用智能實現(xiàn)汽車的無人駕駛

近日，清華研發(fā)的天機芯引發(fā)了人工智能界的轟動，它作為人工智能的兩種主流研究的融合，為實現(xiàn)人工通用智能（AGI）奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此大力推動AGI的發(fā)展有利于更好地實現(xiàn)汽車的無人駕駛技術(shù)。

5 結(jié)語

智能化時代的到來對汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展既是機遇又是挑戰(zhàn)，人工智能無人駕駛的興起，給予了汽車行業(yè)巨大的發(fā)展前景。汽車巡航系統(tǒng)作為汽車電控的核心技術(shù)之一，具有很大的潛力和市場，將來一定是作為評估汽車性能好壞的一個重要的參考依據(jù)。因此，抓住時代機遇、勇于創(chuàng)新，不斷完善、持續(xù)發(fā)展，將會為汽車行業(yè)的發(fā)展提供源源不斷的動力。

參考文獻：

[1]凌濱，宋夢實，邢鍵，等.汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的多性能指標(biāo)控制算法[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2018，37（5）：690-697. DOI：10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0506.

[2]凌濱，宋夢實.汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)車距控制策略研究[J].計算機仿真，2017，34（11）：143-148. DOI：10.3969/j.issn.1006-9348.2017.11.030.

[3]陳學(xué)文，劉偉川，張進國，等.汽車巡航系統(tǒng)前方彎道關(guān)鍵目標(biāo)識別研究[J].現(xiàn)代制造工程，2017，（7）：80-84，120.DOI：10.16731/j.cnki.1671-3133.2017.07.016.

[4]高振海，嚴偉，李紅建，等.汽車自適應(yīng)巡航線性參變間距控制算法[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2016，46（4）：1023-1029. DOI：10.13229/j.cnki.jdxbgxb201604002.

[5]魏守洋，鄒淵，李曉良，等.車輛聯(lián)網(wǎng)巡航控制研究[J].汽車工程，2018，40（3）：290-296. DOI：10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.03.008.

[6]劉偉，衛(wèi)璐，孫芳岑，等.基于駕駛員實際跟車特性的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)研究[J].北京汽車，2018，（3）：1-3，28. DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2018.03.001.