非線性理論第八講

非線性理論第八講第一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六

第七章交通流中非線性現(xiàn)象與研究Chapter7NonlinearPhenomenaintrafficsystems

第二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六主要內(nèi)容交通流理論概述交通流中的非線性現(xiàn)象及其研究交通流模型的穩(wěn)定性分析交通中的混沌控制交通流控制在ACC系統(tǒng)中的應(yīng)用

第三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六1.交通流理論概述（1）交通流理論是研究交通流狀態(tài)隨時間和空間變化規(guī)律的模型和方法體系。物理學(xué)家指出，交通系統(tǒng)可以看作一個由多個自驅(qū)動粒子組成的復(fù)雜系統(tǒng)，把行進(jìn)著的車輛和行人看成自行驅(qū)動的“粒子”，交通流與光線一樣，既有粒子性又有波動性，因此，可以從宏觀和微觀的視角加以描述；物理學(xué)家還指出，交通網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，由于構(gòu)成成分的多樣性（客車、轎車、非機(jī)動車、行人）和運(yùn)行的隨機(jī)性，與一般的大網(wǎng)絡(luò)相比，其復(fù)雜性絕不遜色。

第四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六FreewayNetwork第五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六TrafficFlow車輛的運(yùn)動和車輛間的相互作用決定了車流狀態(tài)時空圖描述第六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六TrafficFlow密度流量平均速度第七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六TrafficFlow第八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六MicroscopicModellingMapstrafficflowasasetofindividualvehicles.第九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六MicroscopicModellingThebehaviorofvehiclemodeledbytwoconditionalequations:第十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六MicroscopicModelling

Microscopicmodellingsdifferinvaryingmappingsoftheacceleration.Arulebasedoneis:第十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六MicroscopicModellingRulesfortherule-basedmodellingare:Desiredvelocity:Arrangesthebehaviorofthevehicleawithoutanyoutsideinfluences.Safedistance:Arrangesthebehaviorofthevehicleabehindaleadingvehicleb.Vehicleatriestokeepasafedistancetotheleadingvehicleb.Braking:Arrangesthebehaviorofthevehicleawhenthesafedistancetotheleadingvehiclebcannotbeadheredandvehicleahastoslamonthebrakes.第十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六交通流理論概述（2）在交通流理論的研究中，傳統(tǒng)的研究方法主要是重視實(shí)驗(yàn)觀察到的流量-密度關(guān)系和不穩(wěn)定的交通流域。近年來，研究的結(jié)果指出，對交通流理論的研究最重要的是能夠描述交通系統(tǒng)中觀察到的非線性現(xiàn)象。第十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六2.交通流中的非線性現(xiàn)象（1）道路交通狀態(tài)大致可以分成3種：低密度的暢行交通（即自由流）、各車道的車輛齊頭并進(jìn)的高密度同步交通、更高密度的擁堵交通。在物理學(xué)家眼里，它們可類比為氣相、液相、固相這三個相，各相之間可以發(fā)生“相變”，到了某個臨界密度，相變就要發(fā)生。人們出行時就經(jīng)常遇到相變，最不愿意遇到的是從暢行交通相（經(jīng)同步交通相）到擁堵交通相的相變。交通系統(tǒng)的相變中也存在著回滯（hysteresis：交通流量隨密度變化的回路特性）、成簇（clustering：擁堵集簇的形成）、相分離（phase

separation：交通流態(tài)時斷時續(xù)）等現(xiàn)象。第十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六交通流中的非線性現(xiàn)象（2）從物理學(xué)的角度看來，交通運(yùn)行經(jīng)常遠(yuǎn)離平衡態(tài)，而制約它們的是復(fù)雜的非線性動力學(xué)規(guī)律，因此，非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和非線性動力學(xué)正可以大行其道，交通系統(tǒng)中充滿著自組織（系統(tǒng)自行進(jìn)入最佳臨界狀態(tài)）、混沌、分叉、失穩(wěn)（進(jìn)入擁堵）等非線性現(xiàn)象。當(dāng)流體力學(xué)家審視交通系統(tǒng)時，自然地把交通流看作運(yùn)動流體，其中充斥著各種密度波：在交叉口出現(xiàn)的擁堵車隊(duì)就是“交通激波”，綠燈一亮，車隊(duì)疏解，就出現(xiàn)了“交通稀疏波”，一般以固定速度向后傳播；在形成交通擁堵之前，一定會出現(xiàn)非線性失穩(wěn)現(xiàn)象，然后涌現(xiàn)各種各樣的“交通孤立波”：為力學(xué)、物理學(xué)界熟知的KdV孤立波、mKdV孤立波（紐結(jié)－反紐結(jié)孤立波）等等。

第十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六流量密度關(guān)系與回滯現(xiàn)象（1）流量密度關(guān)系（基本圖）

－交通流測量中的一個典型描述就是流量-密度關(guān)系，它用來展示交通流量Q和車輛密度ρ之間的相互關(guān)系。

在德國高速公路A43上測得的交通流量—密度關(guān)系第十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六基本圖實(shí)測的流量密度關(guān)系是間斷的，看起來像是一個反。這個反的兩個分支分別用來定義自由流和擁擠流。在密度為0時，流量為0；當(dāng)?shù)缆飞洗嬖谥旅芏氯麜r，流量也為0；在中間密度范圍內(nèi)流量存在一個最大值。在自由流區(qū)，流量和密度呈線性關(guān)系；隨著密度的增加，流量密度關(guān)系式變得越來越復(fù)雜；在擁擠狀態(tài)下，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在一個比較大的二維空間中，很難用一個函數(shù)關(guān)系來描述。第十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六流量密度關(guān)系與回滯現(xiàn)象（2）回滯現(xiàn)象自由流區(qū)和擁擠區(qū)不是完全孤立的，二者之間存在著一個相互重疊的部分，這一區(qū)域被稱為亞穩(wěn)態(tài)區(qū)。在亞穩(wěn)態(tài)區(qū)，車流有可能處于自由流狀態(tài)，也有可能處于擁擠狀態(tài)。亞穩(wěn)區(qū)的存在導(dǎo)致了回滯現(xiàn)象的發(fā)生?；販F(xiàn)象——發(fā)生自由流到擁擠流這一相變時的車流密度往往高于相反方向相變的車流密度。第十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六交通相自由流相

每輛車均以期望速度運(yùn)動，因此，車流量隨車輛密度線性增加同步流相寬運(yùn)動堵塞流相第二十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六交通相變

交通流的相變過程是一個十分復(fù)雜的過程它是指交通流狀態(tài)在不同交通相（包括自由流相、同步流相及交通堵塞流相）之間的轉(zhuǎn)變過程。在真實(shí)的交通中，每一種交通相的出現(xiàn)都伴隨著較為復(fù)雜的動力學(xué)過程。一般來說，交通流的相變過程是一種臨界現(xiàn)象，車輛密度是影響交通流相變的一個重要因素。除此以外，外界施加的擾動、交通瓶頸等也是誘發(fā)交通相變的重要因素第二十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六跟馳模型的穩(wěn)定性與相變最優(yōu)速度模型（OV）第二十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第二十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六

通過上匝道的擾動會觸發(fā)引起多種擁擠狀態(tài)：(a)同步態(tài)；(b)振蕩堵塞態(tài)；(c)觸發(fā)時走時停態(tài)；(d)固定的局域堆集以及完全堵塞態(tài)。

有匝道的道路系統(tǒng)中的相變第二十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六交通相變的形式從自由流到同步流的相變；從自由流到寬運(yùn)動堵塞的相變；自由流同步流同步流中的收縮效應(yīng)（pincheffect）窄堵塞窄堵塞逐漸融合為寬運(yùn)動堵塞第二十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六混沌與分岔現(xiàn)象Chaosandheadwaydistributionofshuttlebusesthatpasseachotherfreely

PhysicaA323(2003)686–694第二十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第二十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第二十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ANonlinearTemporalHeadwayModelofTrafficDynamics

NonlinearDynamics16:127–151,1998.第二十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Originalmodel:Newmodel:第三十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第三十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六自組織現(xiàn)象自組織是指系統(tǒng)通過系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的非線性相互作用，在一定的條件下，自發(fā)產(chǎn)生在時間、空間和功能上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在真實(shí)的交通中，存在著一定的密度區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)交通流的狀態(tài)是亞穩(wěn)定的，由于車輛之間的相互作用，一些交通流的狀態(tài)會自發(fā)形成。較為典型的是行走波的形成，也就是向后傳播的堵塞波。一般來說在諸如入口、出口匝道等瓶頸處容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。第三十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六密度波在交通過程中，交通暢行、堵塞是交替發(fā)生的，類似于波動現(xiàn)象，可以用密度（或車間距等）隨時間（或空間）的變化來表示各種類型的密度波。第三十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六密度波第四十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第四十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六3.交通流模型的穩(wěn)定性分析交通安全、城市環(huán)境等方面都造成了極大的負(fù)面作用，因而交通阻塞問題已成為交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題；交通阻塞問題可以看作一種交通相變和交通流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，交通流穩(wěn)定性的分析是研究交通阻塞現(xiàn)象的重要理論工具之一。第四十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六OV模型模型描述：穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)定性條件：第四十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六改善穩(wěn)定性的方法：（1）位置信息；（2）速度信息；第四十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性改善方法1TakashiNagataniStabilizationandenhancementoftrafficflowbythenext-nearest-neighborinteraction

PHYSICALREVIEWE60,6395－6401,1999第四十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六原OV模型離散化：考慮次鄰近前車的位置信息：穩(wěn)定性條件：（＝1/a）第四十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第四十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第四十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第四十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性改善方法2H.Lenza,C.K.Wagner,andR.Sollacher

Multi-anticipativecar-followingmodel

Eur.Phys.J.B7,331-335(1999)第五十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六考慮多輛前車的位置信息：敏感系數(shù)：穩(wěn)定性條件：第五十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定區(qū)域的變化第五十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性改善方法3AkihiroNakayama，YukiSugiyama，KatsuyaHasebe

Effectoflookingatthecarthatfollowsinanoptimalvelocitymodeloftrafficflow

PHYSICALREVIEWE65,016112（2001）第五十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六考慮后面車的位置信息：backwardlookingOV（BL-OV）

model穩(wěn)定性條件：第五十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定區(qū)域的比較第五十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六能耗的比較第五十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性改善方法4王濤，高自友，趙小梅多速度差模型及穩(wěn)定性分析物理學(xué)報55，634－637，2006

第五十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六考慮多輛前車間速度差的影響提出了一個擴(kuò)展的跟馳模型：穩(wěn)定性條件：第五十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第五十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第六十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第六十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第六十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第六十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六4.混沌控制Konishi等的方法Zhao等的方法Li等的方法第六十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六混沌控制（1）Coupledmapcar-followingmodelanditsdelayed-feedbackcontrolKeijiKonishi,*HidekiKokame,andKentaroHirataPHYSICALREVIEWE，VOLUME60,NUMBER4，1999，4000第六十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Originalmodel第六十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六原模型的穩(wěn)定性分析第六十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Konishi等的混沌控制方法第六十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第六十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六OptimalVelocity(OV)Model

afavorableoneofthemicroscopictrafficmodelsadifferentialequationModels:第七十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Thedefinitionoftrafficjam

Asimpledefinitionabouttrafficjams(Konishietal,1999)Definition1.

Assumethatcharacteristicpolynomiald(s)isstable.IfH-norm

ofG(s)isgreaterthan1,thatiswhereG(s)isthetransferfunctionbetweenthe(i-1)thvehiclevelocitydisturbanceandtheithvehiclevelocitydisturbance,thentrafficjamoccursintheOVtrafficmodel.Thetrafficjamneveroccurs,||G(s)||1

d(s)isstable第七十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Feedbackcontrolmethod

（zhao等）AfeedbackcontrolsignaltermisaddedinOVmodelTheorem1.Afeedbacksignalui(t)isaddedtotheOVtrafficsystem.Ifthefollowingconditionsaresatisfied,andwhereisone-orderderivativeofOVfunctionatsteadystate,thentrafficjamswillneveroccurinthecontrolledsystem.第七十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六SimulationsObservation

spatio-temporalpatternoftrafficflowdistanceheadway,velocityInitialconditions

100

vehicles,asingleroad,length200mopenboundaryconditionparameters,a=1.0,xc=2,v0=0.964

xi(0)=xc,vi(0)=v0

第七十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Case1

Noise1

dimensionlessrandommaximumamplitude,10-3第七十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Case1:Simulationsresults1WithoutcontrolsignalFig.2(a)Spatio-temporalpatternofthetrafficflowWithcontrolsignalFig.3(a)Spatio-temporalpatternofthetrafficflow第七十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Case1:Simulationsresults2WithoutcontrolsignalFig.2(b-d)headwaydistanceandvelocityatt=100sandt=500swithcontrolsignalFig.3(b-d)headwaydistanceandvelocityatt=100sandt=500s第七十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Noise2

randomnoise1

stepexternaldisturbanceontheleaderCase2第七十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Case2:Simulationsresults1WithoutcontrolsignalFig.4(a)Spatio-temporalpatternofthetrafficflowWithoutcontrolsignalFig.4(b-d)headwaydistanceandvelocityatt=100sandt=500s第七十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Case2:Simulationsresults2withcontrolsignalFig.5(b-d)headwaydistanceandvelocityatt=100sandt=500sWithcontrolsignalFig.5(a)Spatio-temporalpatternofthetrafficflow第七十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六在減速帶的應(yīng)用第八十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六時空圖第八十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Li等的方法KEPINGLIandZIYOUGAO

CONTROLLINGTHESTATESOFTRAFFICFLOWATTHEINTERSECTIONSInternationalJournalofModernPhysicsC15，553－562(2004)

第八十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六Thedistancefromtheintersectiontothesignalpointisrepresentedbyds.Asectionofthestreetfromwherethedrivercanseetheclosestcontrolsignalinfrontofthedriveriscalledthesignalpost,andithasalengthofMsites.Inourmethod,whenthevehicleisatthesignalpost,thedrivercannotdriverandomly,i.e.,therandomizationstepisignoredinthiscase.第八十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第八十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六5.交通流控制在ACC中的應(yīng)用ACC概述ACC結(jié)構(gòu)與工作原理ACC控制算法ACC發(fā)展現(xiàn)狀A(yù)CC未來發(fā)展趨勢ACC的相關(guān)研究第九十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六

隨著人們生活水平的提高，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對汽車的需求越來越多隨著汽車保有量的增加，交通不僅變得十分擁堵，而且交通事故不斷增加。為了使車輛能夠自動預(yù)防交通碰撞事故，設(shè)計(jì)人員在汽車上安裝了各種主動安全裝置，例如測距雷達(dá)和后視鏡盲點(diǎn)探測器等，這些裝置在必要時可以通過聲光的形式提醒駕駛者，并通過車載系統(tǒng)自動對車速和車輛間距等行車數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從而有效地避免交通事故的發(fā)生。駕駛員輔助系統(tǒng)可改進(jìn)駕駛舒適性，提高汽車安全程度，受到研究者和汽車制造商的普遍關(guān)注概述1第九十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六概述2汽車自適應(yīng)巡航控制（ACC）系統(tǒng)作為先進(jìn)車輛控制安全系統(tǒng)（AVCSS）開發(fā)的一個重要方面，由于其對提高車輛乘坐舒適性及主動安全性的巨大潛力，因而得到了國內(nèi)外研究人員越來越多的重視它通過自動控制自車的加速度以保持自車與前車的車頭距，從而大大減輕駕駛員在高速公路上旅行時的勞動強(qiáng)度，讓駕駛員從頻繁的加速和減速中解脫出來，享受更加舒適的駕駛，此外，它可增加汽車的主動安全，減小環(huán)境污染。第九十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六概述3在寶馬E90新3系轎車上，就選裝了由德國博世公司提供的駕駛輔助系統(tǒng)——自適應(yīng)巡航控制(ACC)系統(tǒng)，寶馬新3系是應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的第一款中型轎車。其實(shí)，很多汽車零部件公司都有自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)或類似功能的產(chǎn)品，例如德國大陸公司生產(chǎn)的主動距離向?qū)到y(tǒng)。第九十三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第九十四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六駕駛員可通過設(shè)置在儀表盤上的人機(jī)交互界面(MMI)啟動或清除自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)啟動ACC系統(tǒng)時，要設(shè)定主車在巡航狀態(tài)下的車速和與目標(biāo)車輛間的安全距離，否則ACC系統(tǒng)將自動設(shè)置為默認(rèn)值，但所設(shè)定的安全距離不可小于設(shè)定車速下交通法規(guī)所規(guī)定的安全距離第九十五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)主車前方無行駛車輛時，主車將處于普通的巡航行駛狀態(tài)，ACC系統(tǒng)按照設(shè)定的行駛車速對車輛進(jìn)行勻速控制當(dāng)主車前方有目標(biāo)車輛，且目標(biāo)車輛的行駛速度小于主車的行駛速度時，ACC系統(tǒng)將控制主車進(jìn)行減速，確保兩車間的距離為所設(shè)定的安全距離當(dāng)ACC系統(tǒng)將主車減速至理想的目標(biāo)值之后采用跟隨控制，與目標(biāo)車輛以相同的速度行駛當(dāng)前方的目標(biāo)車輛發(fā)生移線，或主車移線行駛使得主車前方又無行駛車輛時，ACC系統(tǒng)將對主車進(jìn)行加速控制，使主車恢復(fù)至設(shè)定的行駛速度。在恢復(fù)行駛速度后，ACC系統(tǒng)又轉(zhuǎn)入對主車的勻速控制。當(dāng)駕駛員參與車輛駕駛后，ACC系統(tǒng)將自動退出對車輛的控制第九十六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第九十七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六雷達(dá)用以探測主車前方的目標(biāo)車輛，并向ACCECU提供主車與目標(biāo)車輛間的相對速度、相對距離、相對方位角度等信息ACCECU根據(jù)駕駛員所設(shè)定的安全車距及巡航行駛速度，結(jié)合雷達(dá)傳送來的信息確定主車的行駛狀態(tài)當(dāng)兩車間的距離小于設(shè)定的安全距離時，ACCECU計(jì)算實(shí)際車距和安全車距之比及相對速度的大小，選擇減速方式；同時通過報警器向駕駛員發(fā)出警報，提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施第九十八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要由車距傳感器（雷達(dá)）、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器以及ACC控制單元等組成。車距傳感器(圖1)一般安裝在散熱器格柵內(nèi)或前保險杠的內(nèi)側(cè)，它可以探測到汽車前方200m左右的距離；在前后車輪上裝有輪速傳感器（與ABS系統(tǒng)共用），可以感知車輛的行駛速度；轉(zhuǎn)向角傳感器用來判斷車輛行駛的方向；ACC控制單元采集各個傳感器的信號并進(jìn)行計(jì)算，以便可以適時地與發(fā)動機(jī)控制單元和制動防抱死控制單元交換數(shù)據(jù)。第九十九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第一百頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第一百零一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ACC的工作原理與結(jié)構(gòu)汽車自適應(yīng)巡航控制根據(jù)駕駛員設(shè)定的車間時距，通過控制自車的節(jié)氣門和制動器來控制自車的速度和加速度，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)車頭距，從而進(jìn)行自適應(yīng)巡航控制。自適應(yīng)巡航控制是從傳統(tǒng)巡航控制（ConventionalCruiseControl）發(fā)展而來的第一百零二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六工作原理當(dāng)自車通過雷達(dá)探測到前方?jīng)]有汽車等其它障礙物時，汽車執(zhí)行傳統(tǒng)巡航控制，按駕駛員設(shè)定的速度行駛；當(dāng)雷達(dá)探測到前方有汽車切入或減速行駛時，啟動ACC控制系統(tǒng)，按照駕駛員設(shè)定的車間時距，通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門作動器和制動作動器來控制自車的速度和加速度，以保證計(jì)算的車頭凈距。第一百零三頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第一百零四頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ECU控制器ECU是ACC系統(tǒng)的中央處理器，是系統(tǒng)的核心部分。它負(fù)責(zé)將傳感器送來的數(shù)據(jù)（包括相對距離、相對速度）進(jìn)行處理，然后按照控制算法進(jìn)行計(jì)算，最后形成指令控制作動器工作。它主要包含(1)目標(biāo)車頭距計(jì)算，決定自車與前車的距離；(2)車頭距控制器，它計(jì)算獲得目標(biāo)車頭距的車速、加速度命令；(3)車速控制器，它決定制動作動器和節(jié)氣門作動器的工作。第一百零五頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六第一百零六頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六首先，根據(jù)雷達(dá)測試結(jié)果判斷前方是否存在汽車等障礙物，如果沒有，進(jìn)入傳統(tǒng)巡航控制，按照駕駛員設(shè)定的車速控制汽車，汽車在設(shè)定速度上行駛。如果前方存在汽車，先判斷自車與前車的車頭凈距是否大于期望車頭距（期望車頭距由前車速度乘上駕駛員選定的時間帶，加上預(yù)先設(shè)定偏置距離），如果是，進(jìn)入速度控制算法，采用跟隨前車的策略，控制自車與前車的速度相同；如果不是，進(jìn)入距離控制算法，嚴(yán)格控制車頭距最終讓車頭距保持在期望值上。第一百零七頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ACC系統(tǒng)的研究主要集中在車載傳感器及其信息融合技術(shù)，以及ACC系統(tǒng)控制策略選取等軟硬件技術(shù)上，其中如何選取控制策略是實(shí)現(xiàn)ACC系統(tǒng)功能及其實(shí)用化的關(guān)鍵第一百零八頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ACC控制算法控制器的研究是整個系統(tǒng)研究的中心，是研究的重點(diǎn)，也是研究的主要內(nèi)容。當(dāng)前各研究單位研究的目標(biāo)都集中在控制器上。研究圍繞提高車流穩(wěn)定性、改善乘坐舒適性、增大控制器帶寬以適應(yīng)城市?！哕嚊r需要等多方面開展。但基本原理都相同第一百零九頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六ACC系統(tǒng)的控制技術(shù)第一百一十頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六發(fā)展現(xiàn)狀1美國的伊頓（EATON）公司自1971年就一直從事這方面產(chǎn)品的開發(fā)和研制EATON-300是伊頓公司最新一代的產(chǎn)品它采用24.725GHz:單脈沖雷達(dá)，可同時探測到主車正前方120m，左右偏移8o范圍內(nèi)的24個目標(biāo)車輛，以距離主車最近的車輛作為主目標(biāo)，當(dāng)兩車距離小于駕駛員所設(shè)定的距離時，該系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警報這一系統(tǒng)只具有車輛間的距離監(jiān)測和報警功能，無法實(shí)現(xiàn)對車輛速度的控制第一百一十一頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六發(fā)展現(xiàn)狀2三菱公司研制開發(fā)的PDC（Previewdistancecontrol）系統(tǒng)是具有現(xiàn)代概念的最早的ACC系統(tǒng)雛形它將掃描式雷達(dá)及其處理器同車輛的巡航控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，當(dāng)預(yù)測出兩車間距離過近時向駕駛員給出警告提示，同時通過控制節(jié)氣門開度調(diào)整發(fā)動機(jī)的輸出功率，并按需要進(jìn)行自動換檔、減速豐田、本田、通用、福特、戴姆勒-克萊斯勒、Bosch、ContinentalTeves等各大汽車和零部件生產(chǎn)商及研究機(jī)構(gòu)延續(xù)了三菱公司基于汽車巡航控制系統(tǒng)CCS來開發(fā)研制ACC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，使之成為當(dāng)前ACC系統(tǒng)研制、開發(fā)的主流第一百一十二頁，共一百二十一頁，編輯于2023年，星期六發(fā)展現(xiàn)狀3Bosch公司開發(fā)的ACC系統(tǒng)包括雷達(dá)、轉(zhuǎn)向傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示單元.ACC系統(tǒng)包括(1)原有的車輛控制ECU以及位于車輛前端的傳感器(2)控制裝置SCU（sensorandcontrolunit）SCU用于完成對雷達(dá)信號的處理和ACC控制流程，并通過CAN數(shù)據(jù)總線與車輛主控ECU相連(3)用于車輛動力性控制系統(tǒng)VDC(Vehicledyn