车辆多目标自适应巡航控制系统(ACC)的动力学与控制方法研究

代表现代汽车主动安全技术发展趋势的自适应巡航控制系统（ACC），涉及车辆系统动力学与控制研究领域的国际前沿与难点问题。针对现有ACC系统局限于车间距离保持功能、仅适合简单工况等不足之处，本项目探索建立一种基于"人-车-路"广义机械动力学系统集成及多目标（安全距离跟踪、燃油消耗经济及驾驶感觉舒适）协调控制的车辆ACC新概念系统，重点研究该系统在低速行驶和频繁起停等复杂工况下车辆非线性系统动力学与控制所涉及的基础理论及共性技术。研究工作包括：建立反映目标车运动干扰和自车动力学非线性特性之间内在联系的ACC跟车系统集成动力学模型；提出基于驾驶跟随特性实验的人车耦合动态驾驶行为描述方法；在发展非线性模型预测控制理论的基础上，实现安全、节能和舒适性的汽车多目标协调控制。以上研究将为国际上ACC系统尚未解决的难点问题及系统功能结构变革，提供新的理论及技术支撑。

为解决汽车ACC系统局限于车间距离保持功能、仅适合简单工况等不足，本项目建立了一种基于“人-车-路”广义机械结构系统集成及协调控制，能实现汽车安全距离跟踪、燃油消耗经济及驾驶感觉舒适功能的车辆多目标自适应巡航控制系统。. 为满足控制算法融合驾驶员特性的需求，分析驾驶员对跟踪误差的敏感度，建立具有准线性结构的跟驰模型；提出基于假设检验理论的模型比较验证方法，消除驾驶随机性对模型评价的影响。利用逆模型法补偿车辆纵向非线性，结合车间动力学模型建立跟车系统离散状态空间方程；以二次型代价函数和线性不等式为框架，设计跟踪性能目标、燃油经济性目标和驾驶员感受目标的量化方法，建立预测优化问题。为实现实车应用，基于反馈校正法设计跟车预测模型，增强闭环系统对模型失配的鲁棒性；采用约束管理法松弛跟车系统的输入输出硬约束，扩展最优控制量的可行域；综合变量集结策略和约束集压缩策略，提出预测优化问题的规模缩减框架，提高在线优化的计算效率。为验证系统有效性开展了实车试验。结果表明，车辆多目标自适应巡航控制系统在保障跟踪性能的前提下可有效降低车辆油耗，且符合期望车距、动态跟车和乘坐舒适性等特性。. 项目研究为国际上自适应巡航控制尚未解决的难点问题提供新的理论及技术支撑。根据项目组研究成果，发表论文8篇（4篇SCI收录，7篇EI收录，1篇ISTP收录），其中1篇论文获得FAST-ZERO’11大会最佳论文奖；项目负责人受邀在第28届德国工程师会议等3次国际会议上做大会报告；获得授权国家发明专利6项（含1项日本专利）；项目组的研究成果作为课题组研究成果的重要技术之一，获得教育部“2012年度高等学校科学研究成果优秀奖（科学技术）技术发明奖”一等奖和“中国智能交通协会科学技术奖”一等奖。