汽车巡航技术在公路限速系统中的应用研究

摘要

目前,我国汽车保有量激增,道路上的车流变得越来越密集,路况也更为复杂,如果出现超速驾驶会非常危险,特别是在一些特殊时间特殊路段上,如急转弯处,上下学时间学校附近道路等等。常见的限速措施主要是各种限速警示,并依靠测速仪器对过路车辆进行测速来督促司机注意车速,属于被动限速。由于被动限速效果不佳,一种可实现主动限速的公路限速系统应运而生。它由限速辨识系统和车速限制系统两部分构成,可以根据不同限速路段的限行速度对车辆进行主动速度调节,使车辆以不高于限速路段的速度上限行驶。其中安全平稳地控制车辆的行驶速度是整个公路限速系统的关键问题。本文在介绍整个公路限速系统的基础上,重点研究车速限制系统。现有的车速限制系统对车速的控制采用简单的边界控制策略,即当车辆的行驶速度达到限速路段的最高限行速度时,才对车速进行限速控制;而当车速低于限速值时,系统停止对车速的控制。该方法虽然实现简单,但在控制过程中由于受驾驶员对加速踏板操作的影响,其控制效果并不理想。在限速过程中,刚被系统降下来的车速,由于驾驶员踩下加速踏板的脚未曾抬起,致使车辆又会很快进入加速状态。在短时间内此种情况可能重复发生多次,使得车辆出现反复加、减速的情况。
　　 为了解决上述问题,文中将汽车巡航技术引入车速限制系统中,提出一种基于汽车定速巡航技术的车速限制系统。该系统采用连续控制策略对车速进行控制。系统在限速过程中,通过暂停驾驶员对加速踏板的控制权,避免驾驶员对限速过程的干扰:通过对节电子节气门的连续控制,接替加速踏板的控制权,使车辆进入巡航状态,按照限速路段的最高限行速度定速行驶,实现平稳限速。
　　 为使车辆的行驶速度在达到限速路段的最高限行速度后能够按照最高限行速度定速巡航行驶,对车速的控制策略进行了研究,分别设计了两种控制器:模糊PID控制器和BP神经网络自适应PID控制器。以普通手动挡轿车为参考对象,建立了由电子节气门、发动机、传动系统及车辆运动系统组成的车辆纵向动力学模型。利用MATLAB/SIMULINK建立了车速限制系统的仿真模型,并对系统进行仿真和分析,对比两种控制器的控制效果。
　　 实验结果证明:当车辆的行驶速度达到限速路段的最高限行速度后,两种控制器都可以使车辆自动按照限速路段的最高限行速度定速行驶,但是无论从复杂程度、实现难易程度,还是控制效果等方面,基于模糊PID控制算法的控制器都要优于基于BP神经网络自适应PID的巡航控制系统。由于车辆的行驶速度在限速过程中完全由系统进行连续控制,且不再伴有驾驶员的操作,从而抑制了车辆在限速过程中可能出现的反复加、减速的情况,实现了平稳限速的目的。
　　 在仿真研究的基础上,给出了基于80C196KC芯片的车速限制系统的软、硬件设计方案。在硬件方面,详细地分析了系统各部分电路的设计原理,并给出相应的电路图,这部分包括了单片机外部存储器的扩展、信号处理电路、通信电路、电源稳压电路、驱动电路等;在软件方面,结合80C196KC芯片的特点给出了系统程序的设计思想,设计了系统主程序以及信号采集子程序、模糊PID控制子程序和PID控制子程序的流程图。