摘 要

自动驾驶纵向控制是自动驾驶技术核心技术之一。随着汽车工业的发展，一方面人为因素而造成的交通事故和交通堵塞等已经成为不可忽略的社会问题，另一方面，在保证行车安全的前提下，对驾乘舒适性的要求越来越高，在这种情况下，自动驾驶技术将会为这种现状带来良好的改变。

本文基于PID控制策略，以车辆行车距离作为输入，设计了车辆速度控制模型，并通过MATLAB/Simulink平台搭建速度控制模型。此模型通过逻辑运算实现油门和制动的转换控制，以PID控制器分别控制油门开度和制动踏板力的大小进而实现车辆的加速减速从而实现速度稳定控制；通过CarSim软件建立车辆、道路模型，将速度控制模型导入CarSim软件搭建联合仿真平台，对三种工况进行仿真模拟。

对加速、减速以及综合工况进行仿真，结果表明，在该模型控制下车辆对多种工况具有良好的适应性，车辆能够快速稳定达到设定速度值，并能保持设定值稳定行驶。既能保证车辆安全行驶，又可以实现对车辆速度稳定控制。

关键词：纵向控制；Simulink模型；PID控制

Abstract

Automatic driving longitudinal control is one of the core technologies of autopilot technology. With the development of the automobile industry, on the one hand, traffic accidents and traffic congestioncaused by man-made factors has become a social issue can not be ignored, on the other hand,In the premise of ensuring traffic safety, the requirements for driving comfort is getting higher and higher, in this case, automatic driving technology will bring about a good change for this situation.

Based on the PID control strategy,in this paper, the vehicle speed control model is designedwith the vehicle distance as the input, and the speed control model is built by MATLAB/Simulink platform. This model realizes the conversion control of the throttle and the brake by the logic operation, and controls the accelerator and the brake pedal force separately to realize the acceleration and deceleration of the vehicle by the PID controller, and then realize the speed stability control. This paper establishes the vehicle and the road Model through the CarSim software, the speed control model is introduced into the CarSim software, build the joint simulation platform, and make a simulation of three kinds of working conditions.

The simulation results show that under the control of the model, the vehicle has good adaptability to various working conditions, and the vehicle can quickly and steadily reach the set speed value and keep the set value stable. Not only to ensure the safe driving of vehicles, but also to achieve stable control of vehicle speed.

Key Words：Longitudinal control; Simulink model; PID control

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 本课题的研究现状与发展趋势 2

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 发展趋势 3

1.3 本课题主要研究内容 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 研究方法 4

1.3.3 本文章节结构 5

第2章 智能汽车及纵向控制原理 6

2.1 智能汽车原理 6

2.1.1 智能汽车概述 6

2.1.2 控制系统工作原理 6

2.2 纵向控制原理 7

2.2.1 控制器设计要求 7

2.2.2 控制策略选择 7

2.2.3 PID控制策略介绍 8

2.3 本章小结 8

第3章 车辆仿真模型建立 9

3.1 CarSim软件简介 9

3.1.1 CarSim软件概述 9

3.1.2 CarSim软件组成 9

3.2 车辆仿真模型的建立 11

3.2.1 CarSim车辆模型的简化 11

3.2.2 CarSim模型介绍 12

3.2.3 车辆模块介绍 13

3.3 道路工况及其他设定 24

3.3.1 道路选择 24

3.3.2 CarSim软件内部车辆控制设定 24

3.4 本章小结 25

第4章 Simulink速度控制器模型的构建 26

4.1 MATLAB/Simulink简介 26

4.2 Simulink模型基础 26

4.2.1 Simulink模型 26

4.2.2 Simulink模块介绍 26

4.3 控制器模型的搭建 27

4.3.1 联合仿真平台搭建 27

4.3.2 Simulink模型原理 28

4.4 本章小结 30

第5章 CarSim与Simulink联合仿真 31

5.1 联合仿真概述及原理 31

5.1.1 仿真概述 31

5.1.2 PID控制器参数设定 32

5.2 仿真工况 33

5.2.1 加速工况 33

5.2.2 减速工况 34

5.2.3 综合工况 34

5.3 仿真结果分析 36

5.3.1 加速工况仿真结果分析 36

5.3.2 减速工况仿真结果分析 38

5.3.3 综合工况仿真结果分析 40

5.4 本章小结 41

第6章 结论与展望 42

6.1 结论 42

6.2 展望 42

参考文献 44

致谢 46

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

一方面，随着世界经济的迅速发展，汽车在全世界范围内以极高的速度被人们所接受，相比于传统的出行方式，毫无疑问汽车为我们带来了极大的快捷和便利的生活，近些年我国汽车保有量逐年递增，这体现了人们出行方式的巨大变化，但是庞大的汽车保有量同时也带来了各种各样的问题：交通堵塞、能耗严重以及各种人为因素造成的交通事故层出不穷。如何有效的解决这些问题，是我们必须要面对的问题。与此同时，在人们生活水平不断提高的今天，人们对于舒适与便利的要求正在逐步提高。

另一方面，随着科技的进步，汽车工业又一步走在了时代的前沿。智能车作为未来汽车工业发展的必然趋势，是科技工作者们竞相努力的方向。科研人员将汽车智能和自动驾驶技术的实现分为4个阶段：驾驶辅助、半自动驾驶、高度自动驾驶和完全自动驾驶。经过科研工作者的不断努力，其中的第一阶段已基本实现，在许多高端车型中，如车道偏离避告系统、盲点检测系统、自动泊车系统、全景影像等的智能辅助技术已经得到应用。目前，绝大多数科研人员正在致力于半自动驾驶和高度自动驾驶的研究，已经有了一些技术运用到汽车上，但还有待于进一步完善^[1]。本文所研究的车辆自动驾驶技术纵向控制属于半自动驾驶阶段。