汽车主动安全控制系统研究现状的综述报告

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1、北京信息科技大学研究生部 汽车自适应巡航控制系统（ACC） 研究现状的综述报告学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程 班 级： 研1202班 学 号： 2012020045 姓 名： 曹国栋 指导教师： 林慕义（教授） 完成日期： 2012 年 12月 17 日 目录前言11关于自适应巡航控制系统的研究31.1自适应巡航控制系统概述31.2自适应巡航控制系统的研究现状41.2.1国内自适应巡航控制系统的研究现状51.2.2国外自适应巡航控制系统的研究现状92总结与展望14参考文献16前言随着社会的发展，汽车被广泛应用于人类社会的生产和生活中，交通安全问题已成为世界性的大问题。据报载，全世界

2、每年因交通事故死亡的人数约50万，因此汽车的安全性对人类生命财产的影响是不言而喻的。随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度也相应加快，加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已成为一个不容忽视的社会问题，汽车的行车安全更显得非常重要。而传统的被动安全系统已经远远不能避免交通的事故发生，因此主动安全的概念慢慢的形成并不断的完善。现代汽车的安全技术包括主动安全技术和被动安全技术两方面。汽车安全设计要从整体上来考虑，不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶员避免事故的发生。过去，汽车安全设计主要考虑被动

3、安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。例如，汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施，由计算机进行控制。在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可存储大量有关驾驶员和车辆的各种信息，对驾驶员和车辆进行监测控制。汽车100多年的发展史中，有关汽车的安全性能的研究和新技术的应用也发生了日新月异的变化，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带

4、系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，汽车的安全性能正日趋完善。特别是近几年，随着科学技术的迅速发展，越来越多的先进技术被应用到汽车上。目前，世界各国都在运用现代高新科，加紧研制汽车安全技术，一批批有关汽车安全的前沿技术、新产品陆续装车使用，使未来的汽车更加安全。未来汽车电子控制的重要发展方向之一是汽车安全领域，并向几个方向发展：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测驾驶员行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动巡航控制系统；驾驶员身份识别系统；安全气囊

5、和ABS/ASR。随着更加先进的智能型传感器、快速响应的执行器、高性能电控单元、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通信技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化方向发展。本文就近年来汽车主动安全控制系统中的汽车自适应巡航控制系统(ACC)的研究和发展现状进行综述性总结，为将来汽车主动安全电子控制系统的发展提供研究基础。1关于自适应巡航控制系统的研究1.1自适应巡航控制系统概述汽车自适应巡航控制系统ACC(Adaptive Cruise Control)是一种构想于20世纪70年代末期的汽车安全性辅助驾驶系统。它将汽车自动巡航控制系统CCS(C

6、ruise Control System)和车辆前向撞击报警系统FCWS(Forward Collision Warning System)有机地结合起来，既具有传统巡航控制的定速巡航能力，同时可通过雷达等车载传感器采集信息，自动调整车辆行驶速度，保持本车与前行车辆的安全间距，从而降低驾驶员操作量、减轻驾驶疲劳，提高车辆的主动安全性及驾驶舒适性。由于当时传感器技术、信号处理技术、汽车电子技术以及交通设施等方面的因素阻碍了ACC的发展, 直到20世纪90年代中期，随着各项技术的进步和对汽车行驶安全性要求的提高，特别是对有效地防止追尾碰撞要求的不断提高，才使得ACC迅速发展起来。ACC系统共有4种

7、典型的操作, 如图1.1所示：图1.1 ACC的典型操作驾驶员可通过设置在仪表盘上的人机交互界面(MMI)启动或清除自适应巡航控制系统。启动ACC系统时，要设定主车在巡航状态下的车速和与目标车辆间的安全距离，否则ACC系统将自动设置为默认值, 但所设定的安全距离不可小于设定车速下交通法规所规定的安全距离。当主车前方无行驶车辆时，主车将处于普通的巡航行驶状态，ACC系统按照设定的行驶车速对车辆进行匀速控制。当主车前方有目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于主车的行驶速度时，ACC系统将控制主车进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离。当ACC系统将主车减速至理想的目标值之后采用跟随控制，与目标车

8、辆以相同的速度行驶。当前方的目标车辆发生移线，或主车移线行驶使得主车前方又无行驶车辆时，ACC系统将对主车进行加速控制, 使主车恢复至设定的行驶速度。在恢复行驶速度后，ACC系统又转入对主车的匀速控制。当驾驶员参与车辆驾驶后，ACC系统将自动退出对车辆的控制。ACC系统的基本组成如图1.2所示。雷达用以探测主车前方的目标车辆，并向ACC ECU提供主车与目标车辆间的相对速度、相对距离、相对方位角度等信息。ACC ECU根据驾驶员所设定的安全车距及巡航行驶速度，结合雷达传送来的信息确定主车的行驶状态。当两车间的距离小于设定的安全距离时，ACC ECU计算实际车距和安全车距之比及相对速度的大小，选

9、择减速方式，同时通过报警器向驾驶员发出警报，提醒驾驶员采取相应的措1。图1.2 ACC系统的基本组成1.2自适应巡航控制系统的研究现状国内外对ACC系统的研究主要集中在车载传感器技术、信息融合技术以及控制策略选取等软硬件技术上。其中如何选取控制策略是实现ACC系统功能的关键技术。目前，国内外车辆ACC的典型控制算法主要有分工况控制和分层控制两种。分工况控制算法将控制工况分为驱动控制与制动控制、速度控制与距离控制，或分为定速与跟车等多种工况分别进行控制。分层控制，即上层控制器依据传感器采集到的车距和相对速度，以及驾驶员设定的车辆时距和巡航速度来决定车辆的纵向加速度。下层控制器依据上层控制器计算出

10、的车辆期望加速度对刹车和油门进行控制，从而使车辆保持设定车速或车距2。1.2.1国内自适应巡航控制系统的研究现状我国一些高等院校和汽研机构正对ACC技术的发展进行跟踪研究。北京理工大学机械与车辆学院、清华大学汽车技术研究所、吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室等多家科研机构正在从事ACC技术或相关技术的研制开发工作，并取得了阶段性的进展。北京理工大学刘昭度、吴利军、裴晓飞、崔海峰等人针对当前ACC系统多是基于CCS系统开发，对车辆速度的调节主要是通过控制节气门开度和自动换档来实现，提出了将ACC系统与车辆制动和防滑控制系统ABS/ASR相集成构成ABS/ASR/ACC系统的设计方案。ABS/

11、ASR/ACC集成化系统可以充分利用ABS/ASR系统的硬件设施，只需在ABS/ASR集成系统的硬件结构基础上添加一个雷达探测系统，再将ACC系统控制程序与ABS/ASR控制流程相融合，实现ACC与ABS/ASR系统的信息共享。这种设计方案使ACC系统直接同车辆上的制动系统相关联，在对车辆进行速度调节时，不但可以利用节气门、自动变速器，还可以直接利用制动系统。当主车与目标车辆间的距离小于安全距离时，ABS/ASR/ACC集成化系统可通过减小节气门开度、自动降低档位的方法调节车速，还可在必要时自动增加对车轮的制动力矩来实现快速调速，从而为驾驶员提供更加充足的第一反应时间3-4。2008年北京理工

12、大学何玮、刘昭度、佀海等人基于自适应巡航系统(ACC)主、目标车的运动学分析，得到了在目标车减速度较大和较小情况下ACC极限工况的理论判定条件。ACC制动干预控制中，减速度一般被限制在2.5以内,以获得调节的舒适性。但是如果前方低速车辆突然并线，或本车道突然出现障碍物，ACC必须紧急制动防止碰撞发生。当目标车与主车运动状态满足一定条件时，通过ACC控制可以避免追尾事故，如果超越该条件限制，由于车辆本身的最大制动强度限制，ACC也无法保证能够防止碰撞的发生，这就是ACC控制中的极限工况。通过确定ACC极限工况的判定条件，可以明确考虑最危险的目标车紧急制动工况，确立了ACC实际应用中极限工况的判定

13、条件。并通过试验，确定了影响该条件的关键参数，其中制动迟滞时间为0.214 s，主车最大制动减速度依路面不同有3种典型值。根据所得的极限工况判定条件和主车最大制动减速度典型值将ACC工作区域划分为3部分，明确了ACC的有效工作区域，在汽车进入极限区域后提示驾驶员规避，防止汽车进一步进入危险区域5。2010年北京理工大学的刘昭度、冯道宁等人对汽车自适应巡航系统中电子节气门的精确控制进行研究。在改装的捷达GTX轿车上研究ACC系统中电子节气门的控制策略。在控制方法中综合应用了多种PID算法，针对直流力矩电机机械特性对控制策略进行了优化，通过单片机的输出比较通道产生PWM以控制电机。通过实验台和实车

14、试验，证明基于该控制策略开发电子节气门控制器的控制效果良好6。2011年北京理工大学的裴晓飞、刘昭度、马国成等人提出了一种自适应巡航分层控制算法，并通过调节电子节气门实现了在实车上的应用。在上层控制中，设计了一种基于驾驶员稳态跟车特性的线性跟车算法和可供选择的安全车距模型；在下层控制中研究了基于逆查询表的速度闭环控制策略。通过道路实验知识构建了节气门开度查询表，并结合增量式PID控制的精细调节，实现了良好的车速跟随效果。在此基础上，通过定速巡航实验和稳态跟车实验对所设计的控制算法进行了实车验证。通过实验表明，在正常行驶工况下，自适应巡航控制器能有效降低驾驶强度，对驾驶员具有良好的适应性和舒适性

15、7。同年，上述团队又提出了提出一种多模式自适应巡航控制策略。在复杂交通环境下，由于前车运动状态和驾驶意图的不可预知性，使得传统的自适应巡航控制的应用受到限制，因此提出一种多模式自适应巡航控制策略。在现有上、下位控制器的基础上增加模式切换层，通过将车辆纵向运动状态划分为八种工况，使得系统根据实际工况条件选择最优的控制模式，并采用加速度加权平均算法提高模式切换的准确性和输出连续性。分别设计定速巡航、稳态跟随、接近前车、强加速、强减速和避撞六种控制模式。基于每种模式侧重的控制目标，设计相应的上位控制器并对其控制参数进行整定，从而改善了系统整体的控制品质。通过实际道路试验表明，车距误差和相对车速处于驾

16、驶员期望的跟踪误差范围内，车辆加速度变化平缓，同时各控制模式根据行驶工况平稳切换。因此在复杂工况下，所设计的ACC控制模式及切换逻辑仍能保持良好的动态跟车性能与舒适性，具有明显的工程应用价值8。2011年北京理工大学的马国成、刘昭度等人基于高速公路工况提出了汽车自适应巡航控制主动制动实现方法。对主动制动采用基于加速度的控制方案，给出了主动制动系统的硬件组成。为了实现期望加速度跟随控制，在理论和试验的基础上建立了用于求解期望制动压力的车辆制动逆动力学模型，并利用改进的PID算法开发了制动压力控制器。实车试验证明，制动压力和加速度控制效果都达到了自适应巡航系统对主动制动控制的要求。其研究的主动制动

17、实现方案为自适应巡航控制系统提供了良好的底层控制基础9。2009年清华大学和中国汽车技术研究中心的王斌、王仁广、吴利军等人基于模糊控制理论设计了自适应巡航控制(ACC)分层控制器,并根据车辆的实际行驶特性确定ACC节气门调节模式和制动干预模式的切换条件,设计了ACC可变输出论域模糊控制算法，并进行了ACC典型工况的仿真。他们在对传统的基于颜色的粒子滤波算法分析的基础上，提出了嵌入卡尔曼预测器的粒子滤波跟踪算法，对视频中感兴趣目标跟踪仿真，将仿真结果与经典基于颜色的粒子滤波算法进行比较。结果表明，在非线性强的条件下，通过嵌入卡尔曼预测器的粒子滤波跟踪算法明显优于传统的基于颜色粒子滤波算法，也提高

18、了算法的实时性。此研究较强的跟踪特性，为智能视频监控后续进行计算机高层次的分析提供了保障。但不能忽视粒子滤波固有的退化问题，而且随着粒子数目增加，系统时间复杂度呈现级数提高，还需要进一步研究10。2010年清华大学的张德兆、王建强、刘佳熙、李克强、连小珉等人提出了加速度连续型自适应巡航控制模式切换策略，结合驾驶员特性和实际行驶工况， 在已有的ACC定速巡航和车距保持控制模式的基础上增设超车和接近前车两种控制模式，同时对其上位控制算法进行设计。为解决各控制模式切换过程中加速度发生突变的问题，提出一种基于零期望加速度曲线的切换策略，并对消除各控制模式切换过程中控制量抖振的问题进行研究，最后通过实际

19、道路试验对所设计的ACC控制模式及其切换策略的合理性进行验证。试验结果表明:所划分的ACC 控制模式与实际驾驶工况相符，各控制模式切换逻辑正确；增设接近前车控制模式后，车辆加速度变化更加平缓；超车控制模式的存在使得驾驶员在ACC系统工作过程中能根据自身的驾驶习惯进行超车动作，满足驾驶员对车辆控制优先权的要求。在切换规则中设定过渡区域并在该区域中采用加权平均控制算法后，ACC各控制模式能够依据行驶工况的不同实现平稳切换，更能满足系统舒适性和可靠性的要求11。2011年清华大学的党睿娜、李升波、王建强、李克强等人提出一种兼顾节能与安全的电动车自适应巡航控制系统(electric vehicles-

20、adaptive cruise control，EV-ACC)的控制算法。以某电动车为研究对象，首先搭建基于加速度的电动车经济性分析系统进行仿真，结合仿真结果提出用加速度量化表征电动车经济性的方法，接着设计综合电动车加速度经济性与跟踪误差安全性的控制策略，采用模型预测控制(model predictive control,MPC)理论实现控制算法，解决节能与安全的协同优化问题，最后建立系统仿真平台并基于PI电动车搭载该系统，在前车加速度正弦规律变化的跟车工况下，利用仿真和实车试验分别验证系统的性能。分别用仿真和实车试验验证了系统性能，通过分析加速度对电动车能耗的影响，得到二者之间的近似线性关系

21、，提出用加速度表征电动车经济性的方法，该量化方法形式简洁且结果不失准确性，为电动车自适应巡航控制系统经济性指标的设计提供参考。基于模型预测控制理论设计了兼顾电动车加速度经济性与跟踪误差安全性的自适应巡航控制算法，仿真和实车试验均表明，所设计的算法能兼顾系统的经济性与安全性12。2006年吉林大学的詹军建立了用于自适应巡航控制的汽车纵向动力学模型。为了实现汽车自适应巡航控制(ACC )的目的，在已有基于ACC制动系模型的基础上，推导了应用于ACC的汽车纵向动力学模型，引入发动机二状态模型，给出了驱动与制动的切换标准，建立了汽车纵向动力学模型，并以Santana轿车参数为例，利用DSC控制算法建立

22、了模拟仿真程序，对ACC典型工况进行了仿真。仿真结果表明，模型可实现ACC的控制目的，驱动与制动可顺利切换13。2007年吉林大学的李向瑜、高振海等人从定量分析巡航控制对降低汽车燃油消耗和排放污染物影响的角度出发，利用AVL/Cruise软件建立了一套包括汽车排放子模型在内的整车纵向动力学模型，并在巡航模糊控制器基础上提出了一套新的巡航自适应模糊PID控制算法。对比分析了两种算法在典型巡航工况下燃油消耗和一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物等空气污染物含量，从而将巡航控制系统对汽车排放的影响从原来的定性分析拓展到定量分析，为巡航控制算法的优化设计提供了一种新的评价方法。下一步将根据发动机的动力特性

23、，在保证速度跟踪精度的同时，考虑发动机燃料供给和功率之间最佳配合关系，开发汽车巡航控制算法，并通过试验验证巡航控制对汽车环境的影响14。2010年吉林大学和浙江省汽车安全技术研究重点实验室的张君媛、童宝锋、刘卫国等人提出了基于目标速度的汽车ACC系统油门控制策略研究。ACC系统能够根据雷达等传感器检测到的前方车辆行驶信息，并自动控制本车的油门开度和制动强度，实现自适应巡航行驶，通过对车辆行驶纵向阻力特性的分析，针对目前广泛使用的基于目标加速度的油门开度控制策略受车辆装载质量影响较大的情况，利用功率平衡原理，提出了1种基于目标车速的油门开度控制策略，并利用PreScan软件对基于目标车速的油门开

24、度控制策略进行了仿真实验，仿真结果表明了该控制策略有效的避免了整车装载质量变化对控制目标的影响。但是此研究未对实际控制中的一些问题进行深究，如时间延迟、传感器信号强弱、弯道行驶等。另外，根据期望加速度和期望速度控制油门开度的控制策略各有优点，在实际利用中应根据被控对象进行选择或者把两种控制策略结为一体，共同控制车辆油门开度15。2009年重庆大学的李以农、冀杰、郑玲、赵树恩等人对智能车辆自适应巡航控制系统进行建模与仿真。基于对动力传动系统的非线性特性及轮胎模型的滑移特性对车辆纵向动力学特性的影响的分析，首先建立了相对完整的动力传动系统模型，获得了该模型的稳态逆向动力学特性曲线；然后基于模糊逻辑

25、和滑模控制理论设计自适应巡航控制系统，使被控车辆能够准确跟踪期望加速度；最后，利用计算机仿真技术验证了自适应巡航控制系统在加速行驶、车辆跟踪和制动减速等复杂行驶工况下的跟踪性和适应性16。2011年南京航空航天大学的李朋、魏民祥等人针对常规线性建模方法的不足，基于Carsim软件和Matlab/Simulink建立了能够模拟车辆运行工况，反映系统动态特性并能兼顾模型精确性的汽车动力学系统模型。然后基于最优控制和PID控制设计了自适应巡航控制器，对典型的ACC行驶工况进行了联合仿真。结果表明，所设计的自适应巡航控制系统能使自车在保持一定车距的前提下较好地跟踪前车速度变化，并对前车的紧急制动有较好

26、的响应17。2006年海军工程大学的张振海、朱石坚,、楼京俊等人提出了汽车巡航自适应PI控制系统设计。针对汽车巡航PI控制系统中存在非线性特性，在分析汽车巡航PI控制系统特性的基础上，提出一种新的用于确定系统最佳输出参数（基于最佳平衡点）的优化准则，根据该准则编写了控制系统的自适应算法，实现PI参数随控制系统状态参数的变化而自动调整，从而改善控制系统的动态性能。理论分析和仿真结果表明该控制系统结构简单，系统的响应速度快，超调量少，过渡过程时间短，振荡次数小，具有较强的鲁棒性，同时该优化准则为其它非线性控制系统设计提供了一个新的方法和思路。并且证实了该控制策略的正确性和有效性18。1.2.2国外

27、自适应巡航控制系统的研究现状美国的伊顿(EATON)公司自1971年就一直从事这方面产品的开发和研制。EATON VORAD-300是伊顿公司最新一代的产品，它采用241725GHz单脉冲雷达，可同时探测到主车正前方120m，左右偏移8b范围内的24个目标车辆，以距离主车最近的车辆作为主目标，当两车距离小于驾驶员所设定的距离时，该系统向驾驶员发出警报。这一系统只具有车辆间的距离监测和报警功能，无法实现对车辆速度的控制。三菱公司研制开发的PDC(Preview Distance Control)系统是具有现代概念的最早的ACC系统雏形。它将扫描式雷达及其处理器同车辆的巡航控制系统结合在一起，当预

28、测出两车间距离过近时向驾驶员给出警告提示，同时通过控制节气门开度调整发动机的输出功率，并按需要进行自动换档、减速。丰田、本田、通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒、Bosch、Continental Teves等各大汽车和零部件生产商及研究机构延续了三菱公司基于汽车巡航控制系统CCS来开发研制ACC系统的设计思想。使之成为当前ACC系统研制、开发的主流。Bosch公司开发的ACC系统包括雷达、转向传感器、执行机构和显示单元。 ACC系统包括原有的车辆控制ECU以及位于车辆前端的传感器和控制装置SCU(Sensor and Control Unit)。SCU用于完成对雷达信号的处理和ACC控制流程，并通

29、过CAN数据总线与车辆主控ECU相连。用于车辆动力性控制系统VDC(Vehicle Dynamics Control)的转向传感器可以帮助车辆预知其行驶路线。 MMI(Human-Machine-Interface)是ACC系统与驾驶员交互的媒介，包括操作开关、状态显示器、加速踏板、刹车踏板等。驾驶员通过MMI可启动、关闭ACC，设定行驶速度及安全车距。近年来，德国的大陆特威斯公司(Continental Teves)致力于汽车安全行驶的全方位研究和产品开发。该公司开发出采用微波雷达技术和红外传感技术两类ACC产品，可探测出前方150m范围内的目标车辆与主车间的车距和相对速度，在自动进行安全车

30、距控制时，发动机和传动系工作稳定，乘坐舒适。为了进一步提高ACC系统的性能，该公司还提供了与能见度相关的车速推算系统，以及为缩短制动系反应时间的电子辅助制动助力装置。目前大陆公司的产品广泛地应用在各大著名汽车公司的高档轿车上。Jaguar公司1999年和2000年分别推出了装备ACC系统的XK180轿车和XKR轿车，标志着ACC系统作为一种驾驶员安全性辅助驾驶系统进入了商品化阶段。此后，戴姆勒-克莱斯勒公司推出的CL600轿车、S600轿车，通用汽车公司2001年推出的Cadillac Vizn轿车都配备了ACC系统。当前，配备ACC系统已经成为高档豪华轿车的一个标志1。2002年美国明尼苏达

31、大学的Perry Y.Li,Ankur Shrivastava等人提出了固定时距(CTH)自适应巡航控制系统车辆诱导交通流稳定性的策略。这种固定时距的控制策略使用三种不同的交通模式来分析圆形高速公路上的汽车，即微观模型、空间上的离散模型以及空间上的连续模型。结果表明，这三种不同的建模模式可能会导致在不同的流量稳定性，除非控制策略和交通流量动态一直被抽象为不同的模式。如果一个一致的偏置策略用来适应CTH的各种建模框架，交通动态将定性为一致的建模方式。偏置策略对车辆、节点和高速公路的位置点进行反馈，确定是否使用反馈量的控制。因为自适应巡航控制系统的车辆具有前端传感器，后行车辆能够很好的使用偏置策略

32、。在这种情况下，三个模型框架都能够使用CTH策略在圆形公路上诱导出指数稳定的交通流。这个策略还表明，一个开放的舒展高速公路流量将保持稳定的进入和退出条件是能够观测到后行车辆的偏置策略19。2003年美国密歇根大学的Zevi Bareket, Paul S. Fancher, Huei Peng, Kangwon Lee等人提出了评价自适应巡航系统的方法。基于非侵入特性的方法，来描述装备自适应巡航系统车辆的纵向动力学特性，通过建立ACC系统性能测试实验装置和测试程序，并对测得的数据进行建模和仿真。为进一步评估自适应巡航系统的车辆和人为控制的交通相互作用的情况，提出了对人为驾驶模型和自适应巡航系统

33、进行微观仿真的方法。通过实验和仿真表明，在车跟随车的智能交通模式下，扰动的振幅速度将被放大；人工控制的车辆在执行类似的模式时，不能明确的表现ACC系统性能与人工驾驶的相互作用，将降低交通流量。这项研究是非常有利的，当交通密度高时，ACC系统的发展可以改善交通流量。虽然ACC系统对交通的改善并不能完全的被理解，但是通过研究表明，该系统对于交通流量的改善和对车辆主动安全性的影响是显著的。最后提出高精度的控制算法将是下一步ACC系统研究重点20。2005年法国国立格勒诺布尔综合理工学院的John-Jairo Martinez和Carlos Canudas-de-Wit提出了一种对自适应巡航系统和频繁

34、停车状况下的纵向安全控制策略，可以称之为走停控制。他们提出了一种新的汽车纵向控制的参考模型方案，此项研究的一个重要特性是基于所设计的控制模型能够独立地满足模型设计，且只允许额外的控制回路负责实际系统和期望参考动力特性模型相匹配。通过对模型的模拟仿真和实验表明，该参考模型是非线性的，并且能提供动态的解决方案，能够满足车辆对安全性和舒适性的要求21。2008年荷兰代尔夫特理工大学的Daniele Corona 和Bart De Schutter提出了智能车辆的自适应巡航控制系统MPC-PWA控制方法的对照基准。模型预测控制方法MPC(Model Predictive Contr)具有模型预测、滚动

35、优化和反馈校正三个基本特征，能够实现提前控制和在线滚动优化计算，它控制效果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的系统，MPC方法在极限状态下能够有效地避免碰撞并限制车辆加速度，满足乘客的舒适性要求22。2009年韩国首尔大学的Dongwook Kim、Seungwuk Moon、Jaemann Park等人设计了一种基于车道变换的自适应巡航控制系统/避撞的汽车自动驾驶技术。此项研究旨在提高驾驶员在多车辆行驶状况下的舒适性，避免车辆在追尾和变道行驶时车辆的紧急制动。建立仿真模型，此模型包括多制动状态下的纵向控制策略、变更车道时的横向控制策略和整合两种策略的决策单元。纵向控制策略用来实现主

36、车辆在正常行驶状态下的舒适性和在多种制动状态下的安全性；横向控制策略用来生成变更车道轨迹，并使车辆按生成的轨迹行驶，以避免碰撞；决策单元用来识别最近的驾驶状况，为主车辆选择一个合适的模式。通过对多种行驶状态的模拟仿真研究表明，该研究对提升汽车安全性能有很大促进作用23。2011年法国的Minh-Duc Hua和Claude Samson提出了应用于纵距跟车控制的时间次优非线性PI和PID控制器。通过简单的非线性PI和PID控制器，并结合时间与线性控制的鲁棒性和抗风属性的最优性，说明PID算法控制能够很好的应用于车辆的纵向间距控制。同时发现选取PID算法作为ACC控制算法有设计结构简单，算法成熟

37、，所需的在线内存少，对硬件要求低，超调量小等优点24。2011年意大利热那亚大学和荷兰埃因霍温理工大学的A.Oliveri、G.J.L.Naus、M.Storac、W.P.M.H. Heemels等人提出了关于自适应巡航控制系统的PWA(Piece Wise-Affine)功能的低复杂度的近似研究。分段仿射PWA(Piece Wise-Affine)技术是类似于模型预测控制方法(MPC)的一种最新应用于汽车自适应巡航控制系统的控制方法。最佳的MPC法近似于通过使用特定的PWA功能分割成单纯形，简称为分段仿射的单纯功能域定义的函数。此技术允许一个非常快的电路执行控制功能，从而使MPC在嵌入式系统

38、中，具有非常小的采样周期。此项研究中，最初的MPC方法和PWA控制器均被应用于Spartan3AN FPGA试验中，并通过模拟三种不同的切合实际的驾驶情况，对他们的表现进行了评价。通过实验和仿真表明，该方法大大降低了计算时间，同时可实现近似显示原有的高复杂性MPC控制律相同的功能25。2012年德国航空航天中心的Bernhard Kloiber, Thomas Strang和Fabian de Ponte Muller提出了滑流合作自适应巡航控制(SCACC)在电动车概念智能系统的应用。通过描述一种概念性的构思，研究出一种新的ITS应用程序SCACC，使得主车能够按照其他车辆的行驶状态在短距离

39、内制动或停车，以便使用滑流的效果，并降低能量消耗，使电动汽车根据电流范围限制行驶更具吸引力的更长的距离。此研究是从当前通信技术的ITS-G5的SCACC的应用程序可靠性的考虑，以及其他重要的执行方面，进一步改进的想法。并提出在今后的研究工作中，应对原理和概念上的想法进行调查，优化更多的细节，即改善通信的可靠性，集成其他的传感器，让越来越多的用户接受，并终于把所有的优点集中在一起，以建立了一个完整的SCACC应用程序26。2012年美国弗吉尼亚大学的Jiaqi Ma, Fang Zhou和Michael J. Demetsky提出了基于主体建模的汽车自适应巡航控制系统的流动性和可持续性优点评估方

40、法。随着车辆无线雷达技术以及车辆电控集成化的发展，作为自适应巡航控制系统(ACC)的延伸，合作自适应巡航控制系统(CACC)正成为解决未来交通安全和交通拥堵问题的前沿技术。通过测量同前车及周围车辆的距离，并与其他车辆进行信息交换，装有该系统的汽车将与前车保持很短且安全的距离，同时可以相互协调的方式调节间距，达到安全行驶的目的。此研究不仅介绍了CACC对交通流特性的影响，如平均延迟、走停模式、平均速度等特性，而且还研究了此技术对可持续发展的改善，如减少温室气体排放等27。2总结与展望车辆自适应巡航控制系统是在传统定速巡航控制基础上发展起来的新一代辅助驾驶系统，使用ACC系统可以减轻驾驶负担，减少

41、错误驾驶和疲劳驾驶引起的交通事故，提高乘车舒适性，增大道路交通通行能力，减少燃油消耗和废气排放。因此，不管从人、交通还是环境的角度来看，对ACC系统的研究都具有重要的意义。间距策略和控制算法是ACC系统控制单元的灵魂，通过仿真测试模拟真实的交通场景可以评估其设计的优劣。目前国内外对ACC系统的研究主要集中在车载传感器技术、信息融合技术以及控制策略选取等软硬件技术上，其中如何选取控制策略是实现ACC系统功能的关键技术。ACC的关键技术是控制策略的实现问题，如雷达的性能和目标车辆的识别和跟踪等。雷达的功用是测知相对车距、相对车速、相对方位角等信息，其性能的优劣直接关系到ACC系统性能的好坏。雷达只

42、能将它所探测到的物体信息传递给ACC ECU，ECU要根据传来的信息进行识别，从中确定一主目标用做ACC控制中的参照物，依据两者间的相对运动及距离控制主车的行驶速度。ACC系统不但要确定主目标，而且还应该能够对其进行跟踪，无论是弯道还是上下坡道都要保证主目标的一致性，以减少系统的误报率。对主目标进行跟踪的另外一个好处就是可以根据主目标的运行情况来预测出主车在未来时间内运行状态。当前ACC系统对目标的识别判定技术上已经有了很大进展，但对主目标的跟踪以及ACC系统与习惯性驾驶之间的矛盾等问题还有待解决。ACC未来将向集成化发展，它有助于降低成本，增强各系统间的内在联系，充分利用各种车辆信息，从而提

43、高系统的稳定性和可靠性。现在ACC系统的研制和开发主要针对的是在高速公路上高速行驶的车辆，而不适用于城市中低速、高车流密度情况下使用。走停控制正是ACC系统针对车速低、车距近的行驶情况所做的功能扩展，这要求ACC系统具有更好的近距离探测能力，更快的信号处理功能，更迅速的系统反映，同时还向ACC系统提出了增加车辆的自动起步功能。这样既使在堵车情况下也无须驾驶员参与，只需操纵车辆的转向即可，驾驶员可以完全从烦琐的驾驶操作中解放出来。所以说ACC系统的走停控制也将是未来实现的目标。随着近几年智能公路概念的提出以及卫星导航系统的开发与应用，未来的ACC系统将同其它的汽车电控系统相互融合，形成智能汽车电

44、子控制系统。驾驶这种汽车只需在显示器中指明所要到达的目的地，汽车就会在卫星导航系统的指引下，借助公路两旁的电子标志牌，无需人为参与就可安全驶达目的地，实现完全的自动驾驶功能。参考文献1张景波,刘昭度,齐志权,马岳峰.汽车自适应巡航控制系统的发展J.车辆与动力技术,2003,02:44-49.2黄珍,吴浩然,库峰,徐小强.车辆自适应巡航控制算法的设计与仿真J.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2012,04:708-711-716.3吴利军,崔海峰,马岳峰.汽车ABS/ASR/ACC集成控制系统设计J.液压与气动,2006,09:3-5.4裴晓飞,刘昭度,齐志权,张彪,李志远.ABS/ASR

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