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Techniques of Automation &Applications多工况以及多目标优化的自适应巡航系统范柏旺,王增才,单兴华(山东大学机械工程学院，山东济南250061)摘要:为提高自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control,ACC)的综合性能，通过对跟驰性能、安全性、燃油经济性以及乘客舒适性进行分析，作为系统的控制约束，并引入了基于驾驶数据的车头时距。
采用了分层控制的架构，并基于模型预测控制理论(Model Predictive Control,MPC)设计了上层控制器。
提出了一种可以根据当前行驶工况来对目标函数中的权重进行实时再分配的策略(Dynamic Weight Adjustment Strategy,DWAS),来解决传统固定权重在多工况下表现差的情况。
实车实验表明，在复杂的多个工况下，所提出的权重可变的MPC控制器在保证跟驰性能和安全性的前提下，提高了燃油经济性和舒适性。
关键词:自适应巡航控制系统；分层控制；模型预测控制；权重动态调节；燃油经济性中图分类号：TP273文献标识码:B文章编号:1003-7241(2021)004-0009-06Adaptive Cruise System of Multi-scene and Multi-objective OptimizationFAN Bai -wang,WANG Zeng -cai,SHAN Xing -hua(School of Mechanical Engineering,Shandong University,Jinan 250061China )Abstract:To improve the performance of the adaptive cruise control (ACC),the tracking capability,safety,ride comfort and fueleconomy are analyzed and introduced as the control constraints of the system.A headway time based on the driving data is also introduced as a system input.The ACC system is designed in layered architecture and the upper controller is based on the model predictive control (MPC).A dynamic weight adjustment strategy (DWAS)of the objective function is proposed according to the current driving condition to solve the problem of poor performance of the traditional constant weight in various driving conditions.The results show that the proposed MPC controller with dynamic weight adjustment strategy can improve fuel economy and comfort under complex driving conditions while ensuring the tracking capability and safety.Key words:Adaptive Cruise Control;hierarchical control;model predictive control;dynamic adjustment of weight ;fuel economy收稿日期:2019-11-221引言自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control,ACC)作为传统定速巡航系统的延伸和拓展，在部分场景下代替驾驶员对油门踏板、刹车踏板进行操作，在很大程度上降低了驾驶员的疲劳程度并提高了车辆使用的便利性[1-2]。
车辆工程中的车辆动力学研究与优化在现代社会，车辆已经成为人们生活和经济发展中不可或缺的一部分。
从日常出行的小汽车，到运输货物的重型卡车，再到高速奔驰的列车，车辆的性能和安全性直接关系到人们的生活质量和生命财产安全。
而车辆动力学作为车辆工程中的一个重要分支，对于提高车辆的性能、安全性和舒适性具有至关重要的意义。
车辆动力学主要研究车辆在行驶过程中的运动规律和受力情况，包括车辆的纵向、横向和垂向运动，以及车辆与路面、空气之间的相互作用。
通过对这些方面的研究，可以深入了解车辆的操控性能、稳定性、制动性能和悬挂系统的工作原理，从而为车辆的设计、优化和控制提供理论依据。
在车辆的纵向动力学研究中，主要关注车辆的加速、减速和换挡过程。
发动机的输出功率、扭矩特性以及变速器的传动比等因素都会对车辆的纵向动力学性能产生影响。
例如，在设计一款高性能的跑车时，需要考虑如何匹配发动机和变速器，以实现快速而平稳的加速。
同时，制动系统的性能也是纵向动力学研究的重要内容，包括制动盘和制动片的材料选择、制动液的特性以及制动系统的散热等方面，这些都会影响到车辆的制动距离和制动稳定性。
车辆的横向动力学则侧重于研究车辆在转弯时的操控性能和稳定性。
轮胎的侧偏特性、转向系统的设计以及车辆的重心位置等因素都会对横向动力学产生重要影响。
为了提高车辆在弯道中的操控性能，工程师们会采用先进的悬挂系统，如多连杆悬挂、麦弗逊悬挂等，来控制车轮的运动轨迹。
此外，电子稳定控制系统（ESC）等主动安全技术的应用，也能够在车辆出现侧滑等危险情况时及时进行干预，保证车辆的行驶稳定性。
垂向动力学主要研究车辆在行驶过程中对路面不平度的响应，以及车辆的悬挂系统对振动的衰减能力。
良好的悬挂系统能够有效地减少车身的振动，提高乘坐舒适性。
在悬挂系统的设计中，需要考虑弹簧的刚度、减震器的阻尼系数以及悬挂的几何结构等因素。
同时，空气悬挂等新型悬挂技术的出现，也为车辆的垂向动力学性能提升提供了更多的可能性。
车辆行驶动力学及控制技术研究车辆行驶动力学及控制技术研究是该领域的研究重点，涵盖了车辆在行驶过程中所涉及的力学原理和控制方法。
通过深入研究和分析车辆行驶过程中所涉及的各种力学原理和控制技术，可以为汽车设计和工程领域的发展提供重要的理论基础和技术支撑。
一、车辆行驶动力学研究车辆行驶动力学研究主要关注车辆在道路上行驶过程中所涉及的力学原理。
这包括车辆的运动学和动力学的研究。
在车辆的运动学研究中，我们关注车辆的速度、加速度、转动半径等参数，以及这些参数之间的相互关系。
通过分析车辆的运动学参数，可以更好地了解车辆在不同行驶状态下的性能。
车辆的动力学研究是指研究车辆在行驶过程中所受到的各种内外力对其运动状态的影响。
在这一研究中，我们需要考虑到车辆的质量、弯曲刚度、悬挂系统、轮胎摩擦力等因素。
通过分析这些因素对车辆运动状态的影响，可以更好地理解车辆的操控性能和安全性能。
在车辆行驶动力学研究中，还需要对车辆的制动、转向和加速等行驶过程中涉及的实际操作进行模拟和分析。
通过建立行驶动力学模型，可以更准确地预测车辆在不同操作条件下的动力学行为，并为车辆设计和控制提供科学依据。
二、车辆控制技术研究车辆控制技术研究是基于车辆行驶动力学原理，结合先进的控制算法和传感器技术，对车辆行驶过程进行主动调节和控制。
这一研究领域的发展与智能交通系统和自动驾驶技术的兴起紧密相关。
在车辆控制技术研究中，一个重要的课题是车辆稳定性控制。
通过在车辆上增加传感器和执行器，可以实时监测车辆的各种动态参数，并通过控制算法实现主动稳定性控制。
这可以大大提高车辆的行驶稳定性和安全性。
此外，车辆控制技术研究还包括智能驾驶辅助系统和自动驾驶系统的研究。
智能驾驶辅助系统通过采用先进的感知技术和控制算法，对车辆驾驶过程进行辅助和提醒，提高驾驶人的驾驶安全性和舒适性。
自动驾驶系统则更进一步，可以实现无人驾驶和智能交通的目标。
最后，车辆控制技术研究还需要注意电力驱动车辆和混合动力车辆的特殊性。
2006.61.简要按形成原因汽车空气阻力怎么分类？简单概述各种阻力的形成。
(P82）汽车空气阻力分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力以及摩擦阻力；1）形状阻力占压差阻力的大部分,主要与边界层流态和车身后的流体分离产生的尾涡有关；2）干扰阻力是由于车身表面凸起物、凹坑和车轮等局部的影响着气流的流动而引起的空气阻力；3）内循环阻力是流经车身内部的气流对通道的作用以及流动中的能量损耗产生的；4)诱导阻力是在侧面由下向上的气流形成的涡流的作用下,车顶上面的气流在后背向下偏转,产生的实际升力中一向后的水平分力；5）摩擦阻力是由于空气粘性使其在车身表面产生的切向力.2.简述汽车的楔形造型在空气动力特性方面的特点。
1）前端低矮，进入底部的空气量少,底部产生的空气阻力小；2）发动机罩与前风窗交接处转折平缓，产生的空气阻力小;3）后端上缘的尖棱,使得诱导阻力较小;4)前低后高，‘翼形’迎角小，使空气升力小;5）侧视轮廓图前小后大，气压中心偏后，空气动力稳定性好。
3.假设某电动汽车的质心位置在前后轮轴中间位置，且前后车轮的侧片刚度相同,电池组放在中间质心位置，试问该车稳态转向特性类型属于哪一类?在以下三种情况下,该车的稳态转向也行会如何变化？1）将电池组移到前轴放置;2）将电池组移到后轴放置；3）将电池组分为两部分（质量相等），分别放在前后轴上.根据稳定性因数公式该车稳态转向特性属于中性转向。
1）电池组移至前轴上放置,质心前移，变为不足转向；2）将电池组移到后轴上放置，质心后移,变为过多转向;3）质心位置不变，仍为中性转向。
4.什么是被动悬架、半主动悬架、主动悬架？说明采用天棚阻尼的可控悬架属于哪一类悬架及其理由。
被动悬架是悬挂刚度和阻尼系数都不可调节的传统悬架;半主动悬架的阻尼系数可自动控制，无需力发生器,受减振器原理限制，不能实现最优力控制规律;主动悬架的悬架力可自动控制,需要增设力发生器,理论上可实现最优力控制规律.采用天棚阻尼的可控悬架属于主动悬架，因为其天棚阻尼是可调节的，同时具有自动控制悬架力的力发生器。
Internal Combustion Engine&Parts・23・汽车纵向动力学研究综述Research Progress of Automobile Longitudinal Dynamics于旺YU Wang(沈阳理工大学汽车与交通学院车辆工程专业，沈阳110159)(Vehicle Engineering,School of Automobile and Transportation,Shenyang University of Technology,Shenyang110159,China)摘要:随着汽车工业的发展,汽车纵向动力学研究不断加深,汽车在道路上行驶,就会存在驱动、制动、滑移等纵向动力学方面的问题。
针对这一问题的研究,人们提出了汽车纵向动力学的概念。
汽车纵向动力学的研究主要包括:汽车制动动力学、汽车防抱死系统、汽车驱动防滑系统、汽车自适应巡航系统、汽车自动刹车系统。
本文将主要介绍汽车纵向动力学控制系统组成和原理、汽车制动动力学控制系统的研究进展、汽车防抱死系统的研究进展、汽车驱动防滑系统的研究进展、汽车自适应巡航控制系统的研究进展、汽车自动刹车辅助系统的研究进展。
Abstract:With the development of the automotive industry,the research on the longitudinal dynamics of automobiles has continued to deepen,and there are problems with longitudinal dynamics such as driving,braking,and slipping when the car is driving on the road.In view of this problem,people have proposed the concept of automobile longitudinal dynamics.The research of automobile longitudinal dynamics mainly includes:automobile braking dynamics,automobile anti-lock braking system,automobile driving anti-skid system, automobile adaptive cruise system,automobile automatic braking system.This article will mainly introduce the composition and principle of automotive longitudinal dynamics control system,the research progress of automotive brake dynamics control system,the research progress of automotive anti-lock system,the research progress of automotive drive anti-skid system,the research of automotive adaptive cruise control system Progress,research progress of auto brake assist systems.关键词:汽车;纵向动力学;防抱死;驱动防滑;制动动力学；自适应巡航；自动刹车;系统Key words:automobile;longitudinal dynamics;anti-lock braking;driving anti-skid;braking dynamics;adaptive cruise;automatic braking;system中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号:1674-957X(2020)24-0023-020引言目前城市的发展和道路的优化设计极大地考验了汽车在道路上的行驶性能，要想在现有的道路上道路上提高交通流量并控制交通事故的发生，这就要求汽车设计者能在提高汽车安全行驶的车速和减小汽车与前后车之间的距离（但能有足够的安全距离）的同时能够保证汽车的各方面的稳定性能。
摘要由于石油等燃料属于不可再生能源，而如今汽车的保有量一直呈现增长趋势，因此电动汽车技术成为解决能源与环境危机的必然发展趋势。
相对于集中式驱动电动汽车，分布式驱动的传动方式可以明显体现出更加良好的动力学操控性，高传动效率以及简化的系统结构，于是分布式驱动电动汽车逐渐开始变成研究热点。
本文以四轮独立驱动电动汽车为研究对象，对纵向动力学控制进行研究。
利用分布式驱动汽车四轮转矩可独立控制的特点，考虑轮胎的动态特性和制动系统执行器的动态特性，基于分层控制理念，利用先进控制分配技术，实现车辆的稳定性控制并提高控制性能。
主要完成了以下研究工作：（1）建立了整车动力学模型，并搭建了CarSim/Simulink联合仿真平台。
利用CarSim软件搭建了模块化的整车动力学模型，并根据控制模型需求，配置了CarSim与MATLAB/Simulink软件之间的I/O口，完成整车模型与控制器模型的连接。
（2）基于逆轮胎模型设计了稳态车轮滑移率控制策略。
首先基于带约束的优化分配方法将目标纵向轮胎力进行分配，然后通过Dugoff逆轮胎模型求出目标滑移率，再利用滑模控制（Sliding Mode Control，SMC）对目标滑移率进行跟踪控制。
最后对基于逆轮胎模型的轮胎力控制分配效果与不考虑轮胎动态特性的轮胎力控制分配效果进行了仿真对比。
结果表明，本文所提出的考虑轮胎动态特性，基于逆轮胎模型，通过滑移率控制进行轮胎力控制分配的策略，有效地提高了轮胎力的控制精度，轮胎力绝对误差至少降低了51.10%。
（3）基于执行器动态控制分配方法设计了极限工况下的滑移率控制策略。
首先在上层控制器中通过滑模控制跟踪滑移率，防止车轮出现滑转和抱死，得到驱动防滑控制(Acceleration Slip Regulation，ASR)转矩和制动防抱死控制（Anti-lock Braking System，ABS）转矩。
然后在制动工况下，下层控制器考虑电机和液压制动系统的动态特性，基于模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）动态分配的方法，对电机和机械制动进行转矩分配，实现复合制动。
电动汽车纵向动力学模型的建立与仿真
电动汽车纵向动力学模型是模拟电动汽车在加速、减速、制动
等情况下的运动特性的数学模型。
建立该模型可以用于优化电动汽
车动力系统设计，增强电动汽车性能和安全性能。
下面是建立电动
汽车纵向动力学模型的步骤和仿真方法：
1. 车辆参数测量：包括电动汽车的质量、空气阻力、摩擦力、
动力系统的最大功率和转矩等参数。
2. 动力系统控制器建立：根据动力系统的最大功率和转矩、电
池电压等参数，建立电动汽车控制器的数学模型。
3. 驱动系统建立：根据车辆匀加速度和可变质量的动态特性，
建立电动汽车驱动系统的动力学模型。
4. 制动系统建立：根据电动汽车制动距离和制动力，建立电动
汽车刹车系统的动态模型。
5. 动力和刹车系统的相互作用建立：建立电动汽车动力和刹车
系统之间相互作用的数学模型。
6. 模型参数校正：利用实验数据对动力学参数进行校正，以提
高模型精度。
7. 仿真：基于Matlab等仿真软件，运用建立的模型，进行电
动汽车纵向动力学仿真，并对结果进行分析和优化。
通过以上步骤，可以建立一个适用于电动汽车纵向动力学模型，并且可以利用不同的软件实现该模型的仿真。
