汽车主动安全控制系统研究现状的综述报告Word文档格式.doc
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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 1
1关于自适应巡航控制系统的研究 3
1.1自适应巡航控制系统概述 3
1.2自适应巡航控制系统的研究现状 4
1.2.1国内自适应巡航控制系统的研究现状 5
1.2.2国外自适应巡航控制系统的研究现状 9
2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（AdaptiveCruiseControl）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（CruiseControlSystem）和车辆前向撞击报警系统FCWS（ForwardCollisionWarningSystem）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种典型的操作,如图1.1所示：
图1.1ACC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ACCECU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。
ACCECU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，ACCECU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警报，提醒驾驶员采取相应的措[1]。
图1.2ACC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/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0.214s，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[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
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