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原文传递无人驾驶车辆自适应巡航系统的跟驰控制策略研究

论文题名：	无人驾驶车辆自适应巡航系统的跟驰控制策略研究
关键词：	无人驾驶;自适应巡航系统;滑模控制;可变车头时距策略
摘要：	随着社会的发展和科学技术的发展，人们对智能驾驶辅助系统的要求越来越高，其中自适应巡航系统（ACC）作为车辆ADAS中最为关键的技术，始终是科研人员的研究重点。自适应巡航系统可以大大降低驾驶员的操作，减少驾驶员的疲劳程度，尽量避免由于驾驶员错误操作造成的交通事故，提高车辆的行驶稳定性、跟驰性和舒适性。　　本文设计的自适应巡航系统采用分层式的控制方式，分析并设计了包括基于前车加速度的可变车头间距策略、基于滑模控制的上层控制器、基于模糊 PID的下层控制器，最后基于 Matlab/Simulink 环境与 Carsim 软件搭建了联合仿真平台，建立了多种仿真工况来验证其有效性，主要内容包括以下几个方面：　　对自适应巡航系统的控制结构进行了介绍与分析。为了更加精准的控制车辆适应个各种交通场景，同时为了设计控制器的方便性，本文选择了分层式控制。为了真实性，基于 Carsim 搭建车辆模型、道路环境、传感器参数、工况设置等。选择了Matlab/Simulink与Carsim联合仿真的形式作为本文的实验验证。　　本文通过几种常见车间距分析，最终采用了考虑前车加速度的可变车头时距策略，并且其间距误差进行了稳定性证明。通过仿真与其他几种间距策略进行对比，该间距策略可以对前车的加速度做出反应，可以提高行驶的安全性与跟驰性，更加符合现实要求。基于滑模控制的基本原理，设计了自适应巡航系统的上层控制器，同时为了降低滑模控制的抖振，本文用饱和函数代替符号函数，并加入了积分项，这样更符合安全性与舒适性的要求，并通过Matlab/Simulink进行了上层控制器算法的搭建。　　针对实际情况，为了驱动控制与制动控制不同时工作导致没必要的能量消耗，通过Carsim对驱动与制动的切换逻辑进行了分析与设计。然后对PID控制、模糊控制以及模糊PID控制进行了原理介绍，分析模糊PID的输入与输出，将模糊PID与自适应巡航进行结合，根据经验与反复的实验测试确定了模糊集与模糊规则，最终通过Matlab模糊工具箱，完成输入与输出变量的模糊化、模糊规则、去模糊化的建立，完成了基于模糊PID的下位控制器的设计。　　最后将上述所有的模型与模块进行整合，并组成一个闭环的自适应巡航跟驰系统，通过 Matlab/Simulink环境与 Carsim 软件搭建了联合仿真平台，确定了联合仿真软件之间的输入与输出。并在Carsim中设置了6种常见跟驰工况：匀速跟驰工况、变加速工况、变减速工况、变速工况、紧急制动工况、城市“走-停”工况。再引入一种弯道工况进行仿真的扩展，最后通过学院的无人驾驶平台对其进一步验证。仿真实验结果表明，本文设计的无人驾驶车辆自适应巡航系统跟驰控制策略效果良好，能够适应不同的交通环境，行驶状态十分稳定，具有良好的鲁棒性与跟驰性，也满足其安全性。
作者：	杨浩
专业：	交通运输工程
导师：	赵强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2022