无人车的巡航控制系统的设计与仿真

电子设计工程

Electronic Design Engineering

第23卷Vol.23第21期No.212015年11月Nov.2015

收稿日期：2015-01-19

稿件编号：201501154

基金项目：西安市科技局创新计划项目（CX12188（3））；陕西省科技厅工业攻关项目（2012K06-38）作者简介：刘智平（1967—），男，陕西岐山人，博士，副教授。研究方向：导航、制导与控制。

无人车是在有人车的基础上的继承和发展，主要借助了自动控制技术、计算机技术、数学、信息处理技术上的研究成果。随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动控制技术的飞速发展，汽车行业已在如下领域取得了显著的进展：辅助驾驶系统；主动稳定控制系统；车辆的驱动性能；交通管理；燃料的经济性。但是，即使有人驾驶的小汽车，自适应巡航控制系统的拥有率仍低于64%。众所周知，无人车由于可以完成危险环境下的作业、狭小且不适合人生存的环境下的作业，而且这一优势正在不断拓展到许多新型领域。因此，智能化的无人车早已被美国列为高技术研究项目之一，现在为世人所熟知的无人车有美国的火星探测车、中国的月球探测车、欧盟的彗星着陆器等。但有一个不争的事实，那就是无人车的技术基本上来自有人车的技术。

针对国内汽车所面临的竞争形势，文献[6]从汽车的动力总成系统、动力安全系统和新能源汽车中的关键技术等方面展开了详细的论述，指出了汽车控制系统中的共性问题。文献[7]给出了一款无人操纵的电瓶车的路径跟踪控制器的软硬件设计，文献[8]结合汽车模型的非线性、路面参数和行驶状态参数随时间的变化特性之间的耦合特性，指出了这些参数估计的困难所在。文献[9]给出了汽车巡航控制的分层设计思路，此思路可推广到其它车辆的控制系统的设计上。文献[10]给出了月面上行驶的无人车的牵引控制策略，可供复杂地面路况行驶的无人车的控制系统的设计借鉴。随着任务难度的增加，单一无人车完成不了的任务需要多个无人车协调完成，这就是无人车的编队控制，无人车的编队控制朝着自主化、网络化的方向发展。

综上所述，无人车的设计与制造、动力学建模、控制系统的设计、路径规划、避障等方面都存在着亟待解决的技术问题。本文是在前人的研究工作的基础上，针对现在电力驱动的无人车的巡航控制问题展开研究，考虑了车辆之间相对的安全距离的限制、传感器信息的延迟、作动器的时间延迟对巡航性能的影响，针对仿真结果中出现的现象，提出了后续研究的新内容。

1无人车的动力学模型和运动学模型

我们考虑的是两个后轮驱动的四轮车，其左转弯过程示

意在图1中。关于建立车体模型所需要的坐标系的定义，见文献[1]。图1所示的转弯过程只是用于推动车辆的动力学模型和运动学模型，发动机的模型、悬挂系统的模型、轮胎的模

无人车的巡航控制系统的设计与仿真

刘智平，薛晋强

（西安工业大学计算机学院，陕西西安710021）

摘要：巡航控制是保证车辆安全行驶的基本功能之一，更是车辆自主行驶的关键技术。针对无人车的巡航控制问题，本文首先回顾和评述了前人的研究工作，然后选择了一款两轮驱动的无人车模型，考虑了安全车辆之间相对距离的限制因素、速度的限制因素、传感器时间滞后因素，设计了简化的巡航控制律，并在MATLAB 下完成了仿真验证，仿真结果证明了设计思路的可行性。关键词：无人车；巡航；控制系统；仿真中图分类号：TN964.3

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2015）21-0068-04

Research of the cruise control for unmanned ground vehicle

LIU Zhi 鄄ping ，XUE Jin 鄄qiang

（College of Computer Science and Engineering ，Xian Technological University ，Xian 710021，China ）

Abstract:Cruise control is one of the basic functions of vehicle for safely running ，it's also one of typical features of the autonomous vehicles.In this paper ，problems related with cruise control of unmanned ground vehicle were proposed and associated preceding contributions were reviewed.One kind of practical unmanned ground vehicle was chosen as the research model ，safe relative distance ，relative speed and time delay of sensors and actuators are considered as constraints ，the research model was simplified ，related control law was presented and control system model was constructed under the MATLAB ，simulation was performed and the simulation result verified the feasibility of the proposed control law.Key words:unmanned ground vehicle ；cruise control ；control system ；simulation

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