汽车自动巡航系统的PID控制

科技信息．
专题论 述
汔 车自 动巡黼系统硇 ＰＤ控 制 Ｉ
大连 民族 学 院机 电信 息工程 学 院 朱丽 丽 赵 秀春
［ 摘 要］ 本文对汽车巡航 控制 系统 ， 基于 Ｐ Ｄ控 制理论针 对定速 和跟 车两种 驾驶模 式进行控制研 究。通过 ＭＡＴ Ａ Ｉ Ｌ Ｂ仿真表 明： 采
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（ ４ ）
（ ５ １
被 控 对 象 所 用 到 的是 控 制 量 的 增 量 ，则 要 导 出提 供 增 量 的 ＰＤ控 Ｉ 制算式 ， 推导得 ：
ｕ＿） ｌ ．） ∑ （ １ｋｌ １ ｋ ＝ ＋
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争ｅ１ｋ《 ｌ（） Ｉｉ ｋ ２ ｆ ＿ ）
则 推 出增 量 △ （１ ｕｋ： △ｌ ）ｕｋ一 （— ）Ｋｌ（）ｅｋ １ Ｋｅ ）Ｋ ｋ＋ ｃｋ １ ｅｋ ２ ｌｋ＝ （）ｕｋ １ ｋ一 （－ ） ．ｋ＋ （）２（一 ） （一 ） （ ＝ ｅ ＋ （ ＋ Ｋ△ｅｋ＋ 。ｋ＋￣Ａｅ ）Ａ （一１ （）Ｋｅ ）Ｉ［ （ － ｅ （ ｋ ｋ （） ６ Ｋ 为比例系数 、 ． Ｋ 为积 分时间常数 、 为微分时 问常数 ， Ｋ． 一旦确定
图 ｌＡ Ｃ系 统 结 构 图 Ｃ
定速巡航即在前方有效距离 内无 车时 ，根据 给定车速信号与反馈 信 号 ， 过 控 制 器 控 制 本 车 按 照 设 定 的 巡 航 速 度 行驶 ； 跟 车 巡 航 系 统 通 而 在前方有车时 ， 系统通过测距雷达检测 与前车的实际距离 ， 凋节控制信 号来保持期望的车辆行驶速度。 而提 高驾驶员 的驾驶舒适度 ， 从 以减轻 疲劳 。 ２ 自动巡航 系统 ＰＤ控制算法设计 。 Ｉ 在汽 车巡航控制 系统 中， Ｉ Ｐ Ｄ控制 器与被控对 象共 同组成 系统 的 闭环 。ＰＤ控制器设计的好坏直接影响到控制效果。 Ｉ ２１ Ｉ 制 基 本 原 理 ． ＰＤ控 自动巡航系统 ＰＤ控制原理为 ： Ｉ 在汽车行驶过程 中 ， 驾驶员设定一 个车速给控制器 ， 同时车速传感 器测得的实际车速也输 入控制器 ， 产生 实际车速和设定车速 的偏差（ 设为 △ ）控 制器的 比例部分根据偏 差的 ｖ， 大小输出相应 的控制量 ，控 制节气门 的开度 ，使车速迅 速趋近设定车 速。 考虑到偏差一 直存在 ， 控制器的积分部分就把偏差累加起米加大控 制量 ， 消灭偏差 ， 使车速保持 恒定 ， 而微分部分则起预估作崩 ：当 Ａ ＞ ｖＯ 时， 表示偏差在加大 ， 及时增 加控制量 ， △ 减 小 ； Ａ ＜ 时 ， 就 是 ｖ 当 ｖ Ｏ 表示 偏差在减 小， 则减小控制量 ， 避免 △ ｖ趋近于零时 ， 又有反方 向发展 而引 起 震 荡 ＰＤ控 制 器 的 原 理 图 如 图 ２所示 ： Ｉ
图 ３自动巡航 系统仿真 图
图 ２ＰＤ控 制 机 器 原 理 图 Ｉ ２２ＰＤ控 制 算 法 设 计 ． Ｉ 设 系统给定值为 ｒ）实际输 出值为 【 （， Ｉ ｆ ） 则误差 ｅｔ ：（＝（一（， （为 ｅ）ｒ） ￡ ） ｔ ｔ ） 通过 ＰＤ系统调节后的输出值 ｕｔ Ｉ ｆ为： ）
这三个系数 ， 只需要反复测量求其偏差 ． 就可以求出控制增 量。
３系 统仿 真 ． 应用 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ仿真平台 ， 对其进行仿真研 究 ， 具体参数选取 如下 ： 车速 ｖ４ ／． ｎｂ 与前 车距离 ｄ １ ｍ。ＰＤ控 制器参 数为 ： １ Ｏ ＝ ０３６ Ｏ ， ｋ ＝８ Ｉ ＫＦ Ｏ ； Ｋ＝ ０； ７ 。仿真 如图 ３所示 。 ３ Ｋ＝ ０
ｒ ， ｒ０ Ｔ， 、
图 ４定 速 巡 航 车 速 仿 真 曲 线 图 ５跟 车 巡 航 车距 输 出 曲线 仿 真结果表 明： 对于时速为 ４ ｋ ｇ ０ ｎ ｈ的定速巡航 系统 （ 图 ４ ， 如 ）该方 法具有较好 的速度跟随性 ，系统超 调量与调节时间均可控制在较小 的 范围， 能够达 到实际应用 的要求 。图 ５为跟车巡航的为车距仿真 曲线 ， 初 始车距为 ８ ｍ，经过 １ 可以与前 车距 离一直 可以保持在设 定值 ０ ８秒 ｌｍ以上满足系统的设计要求 ， ８ 具有较好 的控制效果 。 ４结 论 ．
用增量式 ＰＤ控制方法结构 简单 、 Ｉ 控制策略 成熟、 易于应用 ， 能够获得理 想的 定速巡航和跟 车巡航控制效果。 且
［ 关键词 ］ 巡航控制 系统
引言
ＰＤ控制 仿真 Ｉ
１ｋ ｔＴ ＝
ｉｆ １
近年来 汽车巡航控制 系统（ 又称恒速控制 系统 ） 越来越 被许多高级 汽车所装备 ， 这种控制系统能够 自动控制 发动机油门开度 ， 使得驾驶 员 不用控制加速踏板 ， 而能保证汽 车以设 定的车速稳定行驶 ， 从而降低 了 驾驶员 的疲劳强度。目前汽车巡航控 制系统 的控制算 法已有各种算法 ， 如模糊控制 、 最优控 制等高级 控制 策略 ， 由于 ＰＤ控 制方法 更为简 Ｉ 单、 成熟 设计 、 操作方便 ， 应用更为广泛口 本文就是对 自动巡航 系统采 ｊ ： 用 ＰＤ控制， Ｉ 并通过仿真进行分析 一 １ 动 巡 航 控 制 系 统 的 组 成 启 自 动巡航系统主要 由定速 和跟 车两大子系统构成 。通过车速传感 器与测距雷达所测 出的车距和 反馈信号作为定速系统与跟车 系统之 间 进行切换信号 ， 同时通过外部信号来判断进入或者退出巡航 系统。系统 主要由对定速系统和跟车系统之 间切换 的执行器 、Ｉ ＰＤ控 制器 、 转换并 输 出控制节气 门开度和制动踏板信 号． 被控对象即汽车动力模 型。 系 其 统结构 如图 １ 示： 所
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