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
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。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、轮胎的模型在此略去。在后续的控制律设计与仿真中，以简化的形式给出轮胎的相关力学参数、发动机的扭矩和速度之间的函数关系。图1中相应的符号的含义解释如下。R为车体质心处的转弯半径，RRi，i=L，R表示左后轮和右后轮的转弯半径，RRi，i=L，R表示左前轮和右前轮的转弯半径。bF、bR为前轮距和后轮距，ψ是车体的航向角，β是车体的侧滑角，lF、lR分别表示车体的质心距离前轮轴和后轮轴的长度，δW是轮子的调整角度，VG是车体质心处的速度，αFi，i=L，R是前轮的侧滑角，αRi，i=L，R是后轮的侧滑角，UWR，i=L，R表示前轮的速度，UWRi，i=L，R表示后轮的速度。 |
