1、東風(fēng) CAE 學(xué)會專欄汽車科技第2 期 2 013 年 3 月doi ：10.3969/j.issn.1005-2550.2013.02.012基于CarSim的車輛自適應(yīng)巡航與試驗研究李徑亮技術(shù)中心1，夏湯忠 1，陸志成 1，劉昭度2（1. 神龍汽車430056；2. 北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院，北京100081）摘要 ：利用方法建立了某試驗樣車的車輛動力學(xué)模型設(shè)計并開發(fā)了自適應(yīng)巡航模型，通過對標(biāo)試驗驗證了模型CarSim/Simulink與樣車的一致性；基于驗證后的器并進行了車輛自適應(yīng)巡航試驗；將器移植到研發(fā)的車輛自適應(yīng)巡航電控系統(tǒng)并進行實車試驗并取得初步效果。：車輛 ；自適應(yīng)巡航；Car

2、Sim；試驗號文獻標(biāo)志碼文章編號：TP273.2：A：1005-2550 （2013）02-0046-05Research on Adaptive Cruise ControlTechnology Based on CarSimLI Jing-liang 1，XIA Tang-zhong1 ，LU Zhi-cheng 1，LIU Zhao-du 2（1.Dongfeng PeugeotCitro觕n Automobile Company，Wuhan 430056，China；2.Insititute of Technology100081，China）Abstract：Avehicle dyn

3、amic mis developed based on CarSim/Simulink joint simulation technology. Mvalidationshows that good coincident between the simulation mand test car. An adaptive cruise controller is developed inSimulink and then transferred to a MCU. Simulation and road test both illustrate good performance.Key word

4、s ：vehicle ；ACC；simulation；CarSim；test（Adaptive Cruise車 輛 自 適 應(yīng) 巡 航系 統(tǒng)準(zhǔn)確模擬車輛對駕駛員操作行為、空氣動力學(xué)以及路面激勵的響應(yīng)。在車輛穩(wěn)定性、平順性Control system，下簡稱ACC）是一種被廣泛研究且具3。其優(yōu)勢體現(xiàn)在有廣闊前景的車輛主動安全裝置一種增強駕乘舒適性的電控裝置。一般認為ACC 是性 、動力性等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用， 其原理是利用激能方便的模擬各種復(fù)雜路面幾何形式及峰值附著特性 、 模擬復(fù)雜的駕駛員操作行為和試驗工況過簡單的系統(tǒng)定義輸出復(fù)雜的多剛體機械結(jié)構(gòu)動光/ 毫米波目標(biāo)進行檢測動系統(tǒng)的、攝像頭等傳感器對

5、相同車道內(nèi)前方、通， 通過電控系統(tǒng)地對發(fā)及制1，2。ACC實現(xiàn)安全車距保持功能力學(xué)模型等。其強大的可擴展性及豐富的接口使其/Simulink 、dSpace、Labview有助于緩解駕駛員的駕駛疲勞感被應(yīng)用于國內(nèi)外中高檔轎車上在 ACC 系統(tǒng)開發(fā)過程中， 現(xiàn)已經(jīng)越來越多能 方 便 的 與件進行等 軟。，涉及的，用于各種高級功能開發(fā)，尤其在。同時：某些部，需主要、橫擺角速車輛電控系統(tǒng)的開發(fā)模擬方面具有顯著優(yōu)勢包括 ： 車輛狀態(tài)測量（輪速 、質(zhì)心度CarSim 軟件存在一定局限性，主要體現(xiàn)在度等 ）； 目標(biāo)檢測與跟蹤（基于或攝像頭的目件具有顯著幾何非線性特性及材料非線性特性）； ACCFEM標(biāo)檢測

6、與跟蹤算法的開發(fā)； 發(fā)軟件輔，尤其要借方法進行剛?cè)狁詈嫌嬎悴拍塬@得較理想CAE的計算值 ，CarSim 在處理此類部件上顯得一。、制動系統(tǒng)的通訊與助開發(fā)與設(shè)計能顯著提高等ACC。 利用較單裝置開發(fā)效率ACC，CAECarSim 與 Simulink在算法開發(fā)過程中、開發(fā)周期短軟件 輔 助結(jié)合現(xiàn)有條件的方式進行，擬采用ACC開發(fā)具有結(jié)果直觀勢。、成本低廉等顯著優(yōu)器開發(fā)，并將開發(fā)的ACC器移植到試驗樣車，以完成原理樣機的試：驗。其具體開發(fā)流程可以描述為CarSim 是一種專業(yè)的車輛動力學(xué)軟件，能（1）在 CarSim 和 Simulink環(huán)境下進行基于試驗；收稿日期：2012-12-20的參數(shù)化建

7、模，并完成試驗對標(biāo)· 46·東風(fēng) CAE 學(xué)會專欄基于 CarSim 的車輛自適應(yīng)巡航/與試驗研究李徑亮 ，夏湯忠，陸志成等表試驗樣車變速箱及主器傳動比2（2）在 CarSim 與Simulink 的集成環(huán)境下進行ACC器開發(fā)調(diào)試（3）將 ACC并完成實車試驗；擋位傳動比擋位傳動比擋位傳動比器移植到樣車電控系統(tǒng)，變速器1 擋3.455變速器 2 擋1.944變速器3擋1.370。變速器4 擋1.032變速器 5 擋0.85主器3.941基于和的建模與試驗1CarSimSimulink0.31 擋對標(biāo)0.22 擋為了保持CarSim 的模型特性與物理樣車的一致性 ，在建模過程

8、中需盡可能準(zhǔn)確的模擬物理樣車數(shù)因力動3 擋4 擋5 擋0.11、表2 。 在，同時各部件的特性，試驗樣車主要參數(shù)見表CarSim 中能便捷地按車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)建立模型也能在模板中建立車輛發(fā)、變速箱 、轉(zhuǎn)向器等0050100v/km·h-1150200特性 ； 對于 CarSim 沒有專門定義的部件則需要在2圖試驗樣車各擋位下動力因數(shù)圖Simulink閥特性等中定義 ，如節(jié)氣門開度特性2。、制動輪缸電磁將已經(jīng)建立好的模型與試驗進行對標(biāo)。 考慮到表試驗樣車主要參數(shù)1ACC 工作主要涉及直線、滑行等工況數(shù)，分別利用上述工況的試驗數(shù)據(jù)與相同工況下的符號名稱數(shù)值符號名稱數(shù)值3圖6。據(jù)進行比對，結(jié)果

9、見圖輪胎滾動阻力系數(shù)前軸到車輛質(zhì)心的距離f0.013a946 mm90試驗曲 線后軸到車輛質(zhì)心的距離車輪滾動半徑r285 mmb1 526 mm800.87 kg·m2I車輪轉(zhuǎn)動慣量hg車輛質(zhì)心高度469 mm1-70h·m曲 線k/v車輛繞軸的轉(zhuǎn)動慣量Z601 580 kg·m2IzB f前輪距1 430 mm50m整車整備質(zhì)量1 095 kgB r后輪距1 420 mm2.36 m2CD風(fēng)阻系數(shù)0.35A D迎風(fēng)面積400102030t/sCarSim 中建立的發(fā)試驗樣車在特性曲線3車輛 5 擋圖與試驗對比及動力因數(shù)曲線見圖1、圖2。60m 150.00N/矩

10、扭機動發(fā)113.6077.2040.804.40108055試驗曲線1-h·50mk/v曲線4530161-ni1.0m43400.80.6·r/速轉(zhuǎn)56700.4油門4001230.27000t/s045圖車輛擋與試驗對比1CarSim 中建立的發(fā)MAP圖圖· 47 ·東風(fēng) CAE 學(xué)會專欄汽車科技第2 期 2 013 年 3 月要求 。8075策略及器開發(fā)2ACC由南 向北試驗曲線701-h·，ACCmk當(dāng)主車道內(nèi)存在目標(biāo)車輛時車輛通過傳， 并依由北 向南試驗曲線曲線/v65感器檢測前方主車道目標(biāo)的車距與相對車速4。 ACC據(jù)自身車速計算出

11、安全車距車輛通過實現(xiàn)對60發(fā)節(jié)氣門開度與主動調(diào)節(jié)制動輪缸550車速的調(diào)節(jié)。本文選取的車輛安全車距為ddes=TsetV tar+d0：510t/s1520（1），m，5圖車輛空擋滑行與試驗對比式中 ：ddes 為安全車距，m；V tar為目標(biāo)車輛縱向速度，s；d0m/s；Tset 為駕駛員設(shè)定的時間為距離變量曲 線6580一般依路面類型選取以 ddes 作為車距。目標(biāo)設(shè)計60ACC器。實701-（2）所示際車距與安全車距偏差如式：1.61.822.2h·試驗曲 線mked=dreal- ddes為實際車距與安全車距偏差2（ ）為實際60/v：ed，m；dreal式中50車距 ，m；其

12、它參數(shù)意義同上。定義實際車距與安全車距偏差變化率為：40012t /s34觶 觶 觶ed=dreal- ddes式中 ：e觶d 為實際車距與安全車距的偏差變化率3（ ）6圖常規(guī)制動工況下與試驗對比，m/s；3圖6 中圖與實車試驗的結(jié)果對比表明d觶real 為實際車距變化率m/s。，m/s；d觶des 為安全車距變化率，CarSim 模型均能較在、 制動以及滑行狀態(tài)下精確的反映試驗樣車的性能，符合ACC器開發(fā)ACC器結(jié)構(gòu)見圖7。車輛目標(biāo) 車輛速度ACC模糊器安全 車距模糊推理逆模糊化輸出量化輸入 量化模糊化-節(jié)氣 門/制動切換與期望度+輸入 量化模糊規(guī)則電子節(jié)氣 門底層程序車輛動力 學(xué)模型實際

13、車距主動制動底層程序7ACC圖車輛器結(jié)構(gòu)圖ed-30 m，30m，車距偏差變化考慮到程序的可移植性5 （見圖， 采取模糊策定車距偏差論域為ACC略作為8）：以實際車距與安觶率 ed 論域為為模糊輸出-15 m/s，15m/s。以車輛期望度作-0.6m/e觶ded全車距的偏差以及偏差變化率作為輸入 ，并確，且期望度區(qū)間為論域為· 48·東風(fēng) CAE 學(xué)會專欄基于 CarSim 的車輛自適應(yīng)巡航與試驗研究李徑亮，夏湯忠，陸志成等/s2，0.6 m/s2。100ACC車輛速度80目標(biāo) 車輛速度601-h·0.5mk/v度速加望期40020-0.5001020t/s304

14、0-201000ede觶d9ACC 主車速度圖目標(biāo)車與對比-10208ACC 模糊圖器規(guī)則10080利用機節(jié)氣門器得到的期望或制動系統(tǒng)主動度數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)，進行發(fā)動實際 車距，其方，采60m/d法可以簡述為： 當(dāng)期望度高于某一閾值時40安全 車距取節(jié)氣門開度的方式進行速度調(diào)控；當(dāng)期望加保持怠速20速度處于某兩閾值之間時，通過使發(fā)開度進行； 當(dāng)期望度低于某一閾值時，保0010203040持發(fā)怠速開度，同時對制動系統(tǒng)進行主動t/s安全車距與實際車距10圖對比調(diào)節(jié) ，使制動器輪缸內(nèi)產(chǎn)生一定26。，以實現(xiàn)ACC車輛速度60結(jié)果及初步實車試驗結(jié)果3ACC501-h·mk/ACCCarSim/車輛以，

15、雷80 km/h利 用 上 一 節(jié) 開 發(fā) 的器 進 行：ACC40vSimulink90 km/h工況描述如下目標(biāo) 車輛速度30的初始速度在良好附著平直路面行駛60 m 處存在車速約達檢測到主車道正前方050100t/s的目標(biāo)車輛GT 車，其發(fā)全車距 ， 且制器調(diào)節(jié)發(fā)。在 CarSim 中設(shè)置目標(biāo)車輛為4×2 后驅(qū)11目標(biāo)車與ACC 主車速度試驗對比圖300kW 。由于初始車距大于安功率50ACC車輛速度略高于目標(biāo)車輛速度，控實際 車距節(jié)氣門首先使實際車距與安全車距40ACC接近 ， 同時使車輛車速與目標(biāo)車輛車速一致。30m/ACCACC此后車輛進入穩(wěn)定的，保持相對車距在安車輛車速

16、與目標(biāo)車速基d20全車距附近，同時保持安全 車距本相同 。圖 9 與圖 10 對比結(jié)果顯示，ACC10器效果良好。0050100將ACC 模糊器移植入研發(fā)的ACC 電t/s圖12安全車距與實際車距試驗對比ACC11檢控系統(tǒng)并進行實車試驗 ，初步試驗結(jié)果如圖與圖 12 所示 。試驗中利用DelphiESR 毫米波標(biāo)車輛實施跟蹤2。ACC器根據(jù)實測計算得到的ACC測目標(biāo)車輛與位角 ， 并依據(jù)主車的相對速度、相對距離及方相對距離變化率及相對速度變化率利用從開發(fā)的目標(biāo)識別及跟蹤算法對目器中移植得到的算法 進52 頁）（下 轉(zhuǎn)第· 49 ·東風(fēng) CAE 學(xué)會專欄汽車科技第2 期 2

17、013 年 3 月在 地 板 上 增 加1.2 mm在地板上增加0.7mm 加強 板加強 板并與圓管梁 焊接4000020000m05- Z20000軸1000010000m04- X m04- Zm04- Y8000m05- Y軸600080006000400020001000YY40002000m05- X目標(biāo) 值10008006000目標(biāo) 值10020030040050060070080090010000100200300400500軸600700800900 1000X軸X6圖改進方案四7圖改進方案五2.5方案五基于前四種方案裝點動剛度進行了分析計算， 并對安裝點的結(jié)構(gòu)進，設(shè)計了一個組

18、合型的結(jié)構(gòu)，也增加前地板局部的料厚，既，這，安裝點行了改進設(shè)計， 方案五的結(jié)構(gòu)動剛度有了明顯的提連接前地板和圓管梁升 ，達到了設(shè)計要求結(jié)構(gòu)的改進是有效的。最后的驗證試驗也表明安裝點。樣一來可以把前幾種方案的改進效果疊加在一起通過分析計算，效果非常明顯，前地板ECU在 X、Y 、Z 三個方向的動剛度都達到了設(shè)計要求的參考文獻：目標(biāo)值。1NX NASTRAN 5.0 QUICK REFERENCE GUIDE.2張守元 ，沈磊 ，黃杰燕支架動剛度分析與優(yōu)化. SRS-ECU結(jié)論3M .MSC.Software 中國用戶，2010.設(shè)計集3龐劍 ，諶剛 ，何華 汽車噪聲與振動理論與應(yīng)用M .北京：E

19、CU 安本文通過有限元分析方法，對安全氣囊，2006.北京理工大學(xué)行期望度計算，并利用電調(diào)節(jié)49 頁）（上接 第子節(jié)氣門開度和制動輪缸主動建壓及參考文獻：技術(shù)分別實現(xiàn)車輛的實車試驗結(jié)果表明及1Xiao Lingyun ，Gao Feng. A comprehensive review of thedevelopment of adaptive cruise control systemsJ. Vehicle。：SystemDynamics，2010，48（10）：1167-1192.（1） ACC（2） ACC車輛能準(zhǔn)確檢測并跟蹤車道內(nèi)目標(biāo)；2李 徑 亮 . 車 輛ABS/ASR/ACC 集 成 技 術(shù) 研 究 D. 北 京 ：北車輛能依據(jù)目標(biāo)車輛運動變化地，2012.京理工大學(xué)實現(xiàn)車速調(diào)節(jié)并保持安全車距；，在目標(biāo)車輛出現(xiàn)急3吳利軍 ，劉昭度 ，何瑋 汽車.ACC跟隨策略研究J.（3）現(xiàn)有算法并善，2005，27（5）：514-515.汽車工程或急時器存在一定程度的滯后與超