图 １ 前方路况描述
在车队行驶过程中 ， 除领头车外 ， 每一辆车每隔固定的 时 间间隔 Ｔ， 主控制器就会收到前面一辆车发送来的行驶 状 态 信
； 。 收稿日期 ： ０ １ １ ６ ０ ４ ０ ３ ４ ４ ２ ０ １ ２ ０ １ 修回日期 ： － － － － 作者简介 ： 廖 爽（ ７ １ ９ ８ －），男 ，湖北人 ，工学硕士 ，主 要 从 事 汽 车 电子方向的研究 。
： ， ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｈ ｏ ｗ ａ ｎ ａ ｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｍ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｈ ｅ ａ ｄ ｏ ｎ ｒ ｏ ａ ｄ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ Ａ ｂ ｓ ｐ ｇ ｐ ｐ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ａ ｈ ｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｅ ｎ ｔ ｂ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ Ｐ Ｉ Ｄ ｐ ｙ ｐ ｙ ｇ ｙ ｐ ｙ ， ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｇ ｙ ｐ ｙ ｇ ｐ ｙ Ｐ Ｉ Ｄ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｐ ｙ ｑ ｙ ｇ ｇ ｙ ｐ ）ａ ｎ ｄ ｔ ｗ ｏ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ Ｓ ｍ ａ ｒ ｔ Ｃ ａ ｒ ｓ ． Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｄ Ｓ Ｐ Ａ Ｃ Ｅ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ（ ｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌ Ｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ， ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｏ ｄ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｇ ｇ ｇ ｙ ； ； ： ； Ｐ Ｉ Ｄ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｍ ｏ ｕ ｓ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｐ ｙ ｇ ｇ ｐ ｙ ｙ

）， （ ）） 表示 。 一个固定的时间 间 隔 标系上 ， 可以用点 （ ｖ（ ｔ ｔ θ Ｔ 之后 ， 即在ｔ ＋Ｔ 时刻 ， 接收 到 的 为 速 度 大 小 ｖ（ ｔ＋ Ｔ）和 转 （ ， （ 。 以此 向角度θ ｔ＋ Ｔ）， 可以用点表示 （ ｖ（ ｔ＋ Ｔ） ｔ＋Ｔ）） θ （ ） （ ， （ 类推 ， 在ｔ 时刻 表 示 自 然 数 可 以 用 点 ＋ ｎ Ｔ ｎ Ｔ） ｖｔ＋ｎ （ ｔ＋ｎ Ｔ ）） 表示 。 将图 １ 中 每 个 点 之 间 用 线 段 连 接 ， 当 时 间 θ 间隔 Ｔ 足够小 时 ， 用 这 些 线 段 可 以 近 似 的 描 述 出 表 示 前 方 路 况的曲线 。 换句话说 ， 当 Ｔ 足 够 小 时 ， 智 能 汽 车 在 Ｔ 时 间 内 所做运动可近似为匀变速运动 ， 可以用匀变速运动的相关公 式 计算出前方路况 。 根据以上分析 ， 建立智能汽车列队自动驾驶的模型 ， 如 图 ２ 所示 。 由于领头车完全由人 自 主 驾 驶 ， 因 而 可 以 将 领 头 车 辆 的行驶轨迹作为当前路况下的最优路径选择 。 前方车辆每隔 固 定的时间间隔 Ｔ， 把自身的行驶状态发送给后面车辆的 主 控 制 器 。 主控制器主 要 由 道 路 推 理 系 统 和 自 动 驾 驶 系 统 两 部 分 组 成 。 其中道路推理系统将前方车辆发送来的行驶状态信息通 过 计算得出前方行驶的期望路径 ； 而自动驾驶系统通过某种控 制 算法来控制智能汽车的执行器件 ， 使得智能汽车的行驶状态 满 足特定要求 。 并且加入了 ２ 个重要的反馈 ， 车辆姿态反馈 和 车 辆速度反馈来让系统更好的实现控制目标 。 （ ） （ ） ｃ ｏ ｓ ｃ ｏ ｓ ｖ（ ｔ＋ Ｔ） ｔ＋ Ｔ） ｔ ｔ －ｖ（ θ θ （ ） １ Ｔ ） 中只有 ａ １ 公式 （ ｘ 是未知量 ， 其他都是已 知 量 ， 因 此 可 以计算出侧向加速 度 的 大 小 。 而 要 想 达 到 理 想 的 侧 向 加 速 度 ，
， ， ； （ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ ４ １ ０ ０ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ １ ５ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ ， ） ， Ｌ ｉ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｉ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ２ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ Ｄ ｏ ｎ ｆ ｅ ｎ ５ ｇ ｇ
本文将多样复杂的路况用 “ 大地坐标系 ” 上的一条曲线 来 模拟 ， 智能汽车用曲线上的点来表示 。 考虑到汽车在行驶过 程 中有车速和方向的要求 ， 因此用参数 ｖ 和θ 来具 体 描 述 行 驶 状 态 ， 如图 １ 所示 。 其中 ， ｖ 表示汽车在行驶 时 的 绝 对 速 度 ， θ表 示汽车在行驶时转向 ， 主控制器需要据此推算出 前 方道路情况 。 举例来说 ， 假设在ｔ时刻 车 辆 收 到 前 车 发 送 的 行 ）和 转 向 角 度θ （ ）， 此 时 在 大 地 坐 驶状态信息为速度 大 小ｖ（ ｔ ｔ
第８期
廖 爽 ， 等 ： 智能汽车自动驾驶的控制方法研究
· ２ ２· ４ ７
计算 机 测 量 与 控 制 ． １ ４． ２ ２（ ８） ２ ０ Ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ＆ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ
文献标识码 ： Ａ
控制技术

６］ 。 汽车实现自动行驶 ［
。 近些年 ， 有关智能汽车自动驾驶的研究中都将智能 汽
车对复杂路段的 适 应 性 和 驾 驶 系 统 的 可 靠 性 作 为 重 点 研 究 方
］ ５ ２ － 。 其中大多数理论 都 是 通 过 提 高 单 一 车 辆 的 智 能 来 实 现 向［
的 ， 需要高额的成本和复杂的技术 。 而本文将控制对象选择 为 一个车队 ， 而不再是单一车辆 ， 依靠车队的整体智能来解决 问 题 。 既降低无人自动驾驶技术对单一车辆对智能的依赖 ， 而 又 不影响该技术对智能的要求 。 目的是为了实现一个低成本而 有 效的智能汽车无人驾驶的控制方法 。 本文考虑一个由多辆智 能 车组成的车队 ， 其中领头车辆由驾驶员正常操作 ， 其余车辆 在 不需要人操控的状态下自动跟随领头车行驶 。 智能汽车通过 接 收队列中前方车辆的行驶信息推理出路径和任意车速的后车跟 随模型 ， 采 用 自 适 应 模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ 算 法，完 成 跟 随 行 驶，以 此 实 现自动行驶 。 本 文 最 后 在 由 ｄ Ｓ Ｐ Ａ Ｃ Ｅ 半实物仿真器和飞思卡 尔智能小车组成的实验平台下 ， 模拟了真车上路的实际行驶 情 况 ， 验证了控制方法的可靠性 。
（ ） 文章编号 ： ４ ５ ９ ２ ４ ７ ０ ３ １ ８ ２ ０ １ ４ ０ ８ ２ ７ ３ １ ６ ７ Ｔ Ｐ ２ － － － 中图分类号 ：
智能汽车自动驾驶的控制方法研究
廖 爽１， 许 勇１， 王善超２
（ 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院 ， 广西 桂林 ５ １． ０ ０ ４； ４ １ ） 东风柳州汽车有限公司技术中心 ， 广西 柳州 ５ ２． ０ ０ ０ ４ ５
摘要 ： 为了解决智能汽车在无人驾驶的情况下自动跟随前方车辆行驶的问题 ， 在预瞄跟随理论基础上提出一种自动驾驶的控制方 法 ； 该方法适用于控制一列智能车队 ， 智能汽车通过接收前车发送的行驶状态来计算出前方路况 ， 通 过 模 糊 自 适 应 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器来控制车辆驾 驶 ； 首先基于预瞄跟随理论设计一个汽车自动跟随模型 ， 并指明需要跟随的物理量 ； 然后 ， 设计 了 一 个 模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器来实现对给定物 理量的跟踪 ； 最后在 ｄ Ａ Ｃ Ｅ 和飞思卡尔模型小车所搭建的实验环境下去验证控制方法的可行性 ； 仿 真 实 验 结 果 表 明 该 方 法 能 够 保 证 智 Ｓ Ｐ 能汽车具有良好的路况计算和车辆跟踪的精度 ， 且具有较好的鲁棒性 。 关键词 ： 智能汽车 ； 自动驾驶 ； 预瞄跟随理论 ； 自适应模糊 Ｐ Ｉ Ｄ