控制算法简析7——ACC被控系统分析

此篇讲ACC的被控系统的分析。

cruise物理模型建立

在现代车辆的反馈控制系统中，自动巡航控制一个典型的例子。巡航控制系统的目的是在不受外界干扰(如风或坡度变化)的情况下保持恒定的车速。可以通过测量测速，将其与期望速度或参考速度进行比较，并根据控制规律自动调节油门刹车来实现。

这里我们考虑一个简单的车辆动力学模型，如上面的受力分析图。质量为m的车辆收到驱动力F的作用，阻力则为在道路阻力、坡度阻力、轮胎阻力和风阻等，对于这个简化的模型，我们将假定我们可以直接控制该力，而忽略产生该力的动力总成，轮胎等影响。假定由于滚动摩擦和风阻而产生的阻力随车速线性变化（否则传递函数具有非线性特质），作用方向与车辆运动方向相反。

这是一个一阶质量阻尼器系统，传递函数中的 $d$ 可看作扰动（即路面因素），且我们就可以根据上式得到：

我们可以设计一个PI控制器。其闭环系统图：

闭环系统的传递函数这里就不再推导了，可以本系列之前几篇的推导方法。另外需要说明的是该传递函数是极尽简化后的结果，尚未考虑节气门、驱动系统、轮胎响应等等很多方面的因素，ACC实际cruise会复杂的多。另外也可参考知乎文章《汽车控制（3）-巡航控制（1）》

follow物理模型建立

ACC的follow思路是在前方没有车的时候是保持cruise 即一定的速度行驶，在前方突然出现车辆的时候，通过调整两车间的相对距离（headway)来巡航。这样的系统在起停交通和高速上使用。即前方无车时为cruise,有车时(距离在一定范围）为headway。

有上述章节对车辆的分析可知follow场景下的传递函数：

则其传递函数图：

$(a)$ 与 $(b)$ 之间的差别在于：$(a)$、$(b)$状态变量不同，因为干扰选择的不同。
则带有PID控制闭环的图为：

详情可见知乎文章《汽车控制（4）-巡航控制（2）》