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自适应巡航控制系统到底是个啥?

原标题:自适应巡航控制系统到底是个啥?

一、汽车自适应巡航控制系统定义

汽车自适应巡航控制系统(AdaptiveCruiseControl,ACC)是在定速巡航控制系统基础上发展起来的新一代汽车先进驾驶辅助系统。它将汽车定速巡航控制系统(CruiseControlSystem,CCS)和车辆前向撞击报警系统(ForwardCollisionWarningSystem,FCWS)有机结合起来,既有定速巡航控制系统的全部功能,还可以通过车载雷达等传感器监测汽车前方的道路交通环境,一旦发现当前行驶车道的前方有其他前行车辆,将根据本车和前车之间的相对距离及相对速度等信息,对车辆进行纵向速度控制,使本车与前车保持安全距离行驶,避免追尾事故发生,如下图所示。

二、汽车自适应巡航控制系统组成

汽车典型ACC系统的基本组成如下图所示,主要由信息感知单元、电子控制单元(ECU)、执行单元和人机交互界面等组成。

(1)信息感知单元

信息感知单元主要用于向电子控制单元(ECU)提供自适应巡航控制所需要的各种信息。它包括测距传感器、转速传感器、转向角传感器、节气门位置传感器、制动踏板传感器等。测距传感器用来获取车间距离信号,一般使用激光雷达或毫米波雷达;转速传感器用于获取实时车速信号,一般使用霍尔式转速传感器;转向角传感器用于获取汽车转向信号;节气门位置传感器用于获取节气门开度信号;制动踏板传感器用于获取制动踏板动作信号。

(2)电子控制单元(ECU)

ECU根据驾驶员所设定的安全车距及巡航行驶速度,结合信息感知单元传送来的信息确定当前车辆的行驶状态,决策出车辆的控制作用,并输出给执行单元。例如当两车间的距离小于设定的安全距离时,ECU计算实际车距和安全车距之比及相对速度的大小,选择减速方式,同时通过报警器向驾驶员发出报警,提醒驾驶员采取相应的措施。

(3)执行单元

执行单元主要执行电子控制单元发出的指令,它包括油门控制器、制动控制器、挡位控制器和转向控制器等,油门控制器用于调整节气门的开度,使车辆作加速、减速及定速行驶;制动控制器用于紧急情况下的制动;挡位控制器用于控制车辆变速器的挡位;转向控制器用于控制车辆的行驶方向。

(4)人机交互界面

人机交互界面用于驾驶员设定系统参数及系统状态信息的显示等。驾驶员可通过设置在仪表盘或转向盘上的人机界面启动或清除ACC系统控制指令。启动ACC系统时,要设定当前车辆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。

三、汽车自适应巡航控制系统原理

在车辆行驶过程中,安装在车辆前部的车距传感器(雷达)持续扫描车辆前方道路,同时轮速传感器采集车速信号。当车辆前方无障碍物时,车辆按设定的速度巡航行驶;当行驶车道的前方有其他前行车辆时,ACC系统电子控制单元将根据本车和前车之间的相对距离及相对速度等信息,通过与ABS、发动机控制系统、自动变速器控制系统协调动作,对车辆纵向速度进行控制,使本车与前车始终保持安全距离行驶。

四、汽车自适应巡航控制系统状态

汽车ACC系统的状态可分为ACC关闭状态、ACC等待状态和ACC工作状态三种。ACC系统的状态及其转换如下图所示。

上图中,上角标a表示自检以后的手动和(或)自动操作。手动切换实现ACC的关闭与非关闭状态的转换,系统检测到错误后将自动关闭ACC。

(1)ACC关闭状态直接的操作动作均不能触发ACC系统。

(2)ACC等待状态ACC系统没有参与车辆的纵向控制,但可随时被驾驶员触发而进入工作状态。

(3)ACC工作状态ACC系统控制本车的速度和(或)车间时距。车间时距是指本车驶过连续车辆的车间距所需的时间间隔,它等于车间距与车速之比。

五、汽车自适应巡航控制系统要求

汽车ACC系统要求包括基本控制策略要求和基本性能要求。

1. 汽车ACC系统基本控制策略要求

① 当汽车ACC系统处于工作状态时,本车通过对速度的自动控制来与前车保持一定的车间时距或预先的设定速度(以两者中速度低者为准)。这两种控制模式之间的转换可由ACC系统自动完成。

② 稳定状态的车间时距可由系统自动调节或由驾驶员调节。

③ 当本车的速度低于最低工作速度时,应禁止由“ACC等待状态”向

“ACC工作状态”的转换。此外,如果系统处于“ACC工作状态”并且速度低于最低工作速度时,自动加速功能应被禁止,此时ACC系统可由“ACC工作状态”

自动转换为“ACC等待状态”。

④ 如果前方存在多车辆,则ACC系统应自动选择跟随本车道内最接近的前车。

2. 汽车ACC系统基本性能要求

① 控制模式控制模式(车间时距控制和车速控制)应自行转换。

② 车间时距可供选择的最小稳态车间时距应适应各种车速下的ACC控制,应大于或等于1s,并且至少应提供一个在1.5~2.2s区间内的车间时距。

③ 本车速度ACC系统可以控制本车的行驶速度。

④ 静止目标对静止目标的响应不是ACC系统所具备的功能,如果ACC系统不能对静态目标做出响应,则应在车辆的用户使用手册中予以声明。

⑤ 跟踪能力ACC系统应具备相关标准中规定的探测距离、目标识别能力以及弯道适应能力。

六、汽车自适应巡航控制系统作用

汽车ACC系统通过对车辆纵向运动进行自动控制,以减轻驾驶员的劳动强度,保障行车安全,并通过方便的方式为驾驶员提供辅助支持。

1. 汽车ACC系统的作用

① 汽车ACC系统可以自动控制车速,但在任何时候驾驶员都可以主动进行加速或制动。当驾驶员在巡航控制状态下进行制动后,ACC系统控制单元就会终止巡航控制;当驾驶员在巡航控制状态下进行加速,停止加速后,ACC系统控制单元会按照原来设定的车速进行巡航控制。

② 通过测距传感器的反馈信号,ACC系统控制单元可以根据靠近车辆物体的移动速度判断道路情况,并控制车辆的行驶状态;通过反馈式加速踏板感知的驾驶员施加在踏板上的力,ACC系统控制单元可以决定是否执行巡航控制,以减轻驾驶员的疲劳。

③ 汽车ACC系统一般在车速大于25km/h时才会起作用,而当车速降低到25km/h以下时,就需要驾驶员进行人工控制。通过系统软件的升级,ACC系统可以实现“停车/起步”功能,以应对在城市中行驶时频繁的停车和起步情况。ACC系统的这种扩展功能,可以使汽车在非常低的车速时也能与前车保持设定的距离。当前方车辆起步后,ACC系统会提醒驾驶员,驾驶员通过踩油门踏板或按下按钮发出信号,车辆就可以起步行驶。目前奥迪和英菲尼迪等车型都已经可以通过ACC系统自适应巡航跟车至0km/h,实现全速自适应巡航。

④ 汽车ACC系统使车辆的编队行驶更加轻松。ACC系统控制单元可以设定自动跟踪的车辆,当本车跟随前车行驶时,ACC系统控制单元可以将车速调整为与前车相同,同时保持稳定的车距,而且这个距离可以通过转向盘上的设置按钮进行选择。

⑤带辅助转向功能的自适应巡航控制系统不仅可以使车辆自动与前车保持一定间距,而且车辆还能够自动转向,使得驾驶过程更加安全舒适。

2. 汽车ACC系统工作模式

汽车ACC系统工作示意图如下图所示,共有4种典型的操作,即巡航控制、减速控制、跟随控制和加速控制。图中假设当前车辆设定车速为100km/h,目标车辆行驶速度为80km/h。

(1)巡航控制巡航控制是汽车ACC系统最基本的功能。当前车辆前方无行驶车辆时,当前车辆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巡航控制。

(2)减速控制当前车辆前方有目标车辆,且目标车辆的行驶速度小于当前车辆的行驶速度时,ACC系统将控制当前车辆进行减速,确保两车间的距离为所设定的安全距离。

(3)跟随控制当ACC系统将当前车辆车速减至理想的目标值之后采用跟随控制,与目标车辆以相同的速度行驶。

(4)加速控制当前方的目标车辆加速行驶或发生移线,或当前车辆移线行驶使得前方又无行驶车辆时,ACC系统将对当前车辆进行加速控制,使当前车辆恢复到设定的车速。

在恢复行驶速度后,ACC系统又转入对当前车辆的巡航控制。当驾驶员参与车辆驾驶后,ACC系统自动退出对车辆的控制。

七、汽车自适应巡航控制系统设定

汽车ACC系统的指令通过控制开关由驾驶员设定,如下图所示为某汽车ACC系统的控制开关,操作ACC所需的按键位于转向盘上,使用很简单,只用左手大拇指就够了。另外,按键的功能不唯一,可复用,如SET键还能以10为单位调整速度。模式选择主要有限速巡航和自适应巡航;车速有设定区间,如30~150km/h,在高速公路,设定的速度不要超过高速公路的限速,一般在80~120km/h之间;车距选择一般由远及近有5个挡位供选择,选择多大的车距,要根据车速和路况决定,比如在高速公路,建议距离设定在较远的两个挡位。这些参数设定完,ACC系统就可以工作。

当汽车进入自适应巡航状态后,驾驶员右脚不用一直踩着油门,只要握好转向盘,控制行驶方向即可。如果驾驶员预见前方的路况比较复杂,担心ACC系统不能正确处理,只需轻踩刹车就可以解除ACC系统对车速的控制权。

对于带辅助转向功能的自适应巡航控制系统,当汽车进入自适应巡航状态后,驾驶员既不用踩着油门,也不用握转向盘,汽车能够自动跟随前车行驶。在遇到信号灯或者突发状态下,驾驶员踩下刹车/加速踏板,或者拉动转向盘,车辆便会回归驾驶员的掌控中。

八、汽车自适应巡航控制系统应用实例

目前,汽车ACC系统在中高级轿车上得到了广泛的应用。

沃尔沃汽车ACC系统如下图所示,通过设置在前风挡玻璃的摄像头以及隐藏在前格栅内的雷达来监测前方路况,在速度超过30km/h时,按下转向盘上的启动键,就可以激活ACC系统。当前面有车时,车辆自动跟着前车行驶,但不会超过设定的速度;如果前方没有车辆,就按设定的速度行驶。

沃尔沃汽车ACC系统具有以下功能:

① 它在0~200km/h的范围内都可以实现自动跟车。

② 对前车的识别能力强。当前车转弯或超过前车时,能快速捕捉到新的前车,继续自动跟车。

③ 如果有车辆插队驶入两车之间,ACC系统会调节车速以保持之前设定的两车之间的安全距离。

④ 具有辅助超车功能。如果感觉前车较慢,当驾驶员打转向进入另外一条车道准备超车时,车辆会做瞬时加速以尽快超过前车。

未来汽车ACC系统将同其他的汽车电子电控系统相互融合,形成智能汽车电子控制系统,在卫星导航系统的指引下,利用环境感知技术和网络通信技术,实现自动驾驶功能。

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