1. 背景介绍
随着自动驾驶技术的发展和普及，自适应巡航控制（ACC）系统逐渐成为现代汽车的重要配置之一。ACC系统不仅可以大幅度提升驾驶的舒适性和安全性，还可以有效减少驾驶员在长途驾驶和拥堵交通中的疲劳感。在ACC系统中，巡航车速控制功能是其核心子功能之一，通过精确调节车辆速度，确保驾驶过程的顺畅和安全。
2. 功能定义
巡航车速控制功能是ACC系统中的一个重要子功能，其主要目的是通过使用相机、雷达等传感器信号，检测车辆正前方的动静态目标，控制自车行驶速度，保持与目标车辆的安全距离。自车在道路上行驶，驾驶员可拨动巡航车速设置拨片或者按键来设定自车车速。设定后，当前方无车时，自车通过加减速达到设定车速，并保持设定车速行驶。当前方有车时，如果自车设定车速大于前方目标车辆车速，则根据目标车辆车速跟车行驶。如果自车设定车速小于前方目标车辆车速，则保持自车设定车速行驶。具体表现为：
- 前方无车：自车按照驾驶员设定的车速稳定巡航行驶。
- 前方有车：自车与前车保持驾驶员设定的安全距离，跟随前车速度行驶。
- 前车停车：自车自动跟随前车停车。
- 前车起步：自车自动跟随前车起步，或在驾驶员的指令下起步。
3. 功能原理
巡航车速控制功能依靠多个传感器和控制系统的协同工作：
- 相机和雷达传感器：实时监测前方道路情况，包括前车的速度和距离。
- 控制系统：根据传感器数据，计算出合适的行驶速度，并通过调整发动机输出和制动系统来控制车辆速度。
- 车速设定：驾驶员可以通过拨动车速设置拨片（或按键），设定自车的目标车速。
4. 传感器架构
- 相机：捕捉前方道路的图像，识别车道线、车辆和交通标志等。
- 雷达：发出电磁波并接收反射波，以测量与前方目标的距离和相对速度。
- 超声波传感器：用于近距离检测，主要在低速和停车情况下使用。
5. 算法要求
巡航车速控制功能在自适应巡航控制（ACC）系统中扮演着至关重要的角色，其高效运作依赖于多种复杂的算法。这些算法共同协作，以确保车辆在各种行驶条件下保持最佳的速度和安全距离。以下是与巡航车速控制功能相关的主要算法及其对相关算法的要求。
5.1 目标检测与识别算法
使用相机和雷达传感器的数据来检测和识别前方的动静态目标，包括其他车辆、行人和道路障碍物。
算法需满足的要求：
- 高精度和高实时性：算法需要在各种天气和光照条件下准确检测和识别目标。
- 鲁棒性：在复杂的道路环境中保持稳定性能，避免误检和漏检。
5.2 距离测量与相对速度计算算法
基于雷达传感器的反射信号，计算自车与前方目标的距离和相对速度。
算法需满足的要求：
- 高精度距离测量：确保车辆能够保持安全的跟车距离。
- 实时计算：快速响应以适应前方目标的速度变化。
5.3 轨迹预测算法
预测前方车辆的运动轨迹，以便自车做出相应的速度调整。
算法需满足的要求：
- 准确性：预测前方车辆在不同驾驶行为下的轨迹。
- 短期和中期预测能力：同时考虑即将发生的变化和较远距离的变化。
5.4 车速控制算法
算法类型：PID控制算法、模糊控制算法和模型预测控制（MPC）算法
作用：根据当前车速、目标车速和前方目标车速，调节自车的加速度和减速度，确保车辆以设定速度行驶或与前车保持安全距离。
算法需满足的要求：
- 平滑性：避免突然加速或减速，确保乘坐舒适度。
- 精确性：精确调节车速以保持设定值或跟车速度。
5.5 弯道速度控制算法
算法类型：路径规划算法和速度优化算法
作用：在车辆通过弯道时，计算合理的期望通行车速，适当降低车速以确保安全过弯。
算法需满足的要求：
- 安全性：在弯道上保持车辆的稳定性和安全性。
- 动态调整：根据弯道的曲率和道路条件动态调整车速。
5.6 环境感知与融合算法
算法类型：传感器融合算法和贝叶斯滤波器（如卡尔曼滤波器）
作用：将来自不同传感器（相机、雷达、超声波）的数据进行融合，形成一个统一的环境感知图，以提高目标检测和识别的准确性。
算法需满足的要求：
- 数据一致性：处理不同传感器的数据时，保持时空一致性。
- 可靠性：在多传感器数据不一致时，提供可靠的环境感知结果。
6. 实际应用案例
当自车在道路上行驶时，驾驶员可通过巡航车速设置拨片（或按键）设定车速。设定后，系统会根据前方道路情况自动调整车速。
- 激活车速：在前方10米内有目标车时，车辆可以在0kph速度激活巡航功能；在前方10米内无目标车时，车辆需要达到10 kph以上的速度才能激活巡航功能。
- 功能运行车速：车辆在0至130 kph的车速范围内，巡航车速控制功能均可正常运行。
操作流程：
- 设定车速：驾驶员设定目标车速后，当前方无车时，自车通过加速或减速达到设定车速，并保持设定车速行驶。
- 跟车行驶：当前方有车时，如果自车设定车速大于前方目标车辆车速，则自车根据目标车辆车速进行跟车行驶；如果自车设定车速小于前方目标车辆车速，则保持自车设定车速行驶。
7. 总结与展望
巡航车速控制功能作为ACC系统的核心子功能之一，通过精确调节车辆速度，确保驾驶的舒适性和安全性。未来，随着传感器技术和控制算法的不断进步，巡航车速控制功能将变得更加智能和高效，能够更好地适应复杂的驾驶环境。它不仅将在提高驾驶体验方面发挥重要作用，还将在推动自动驾驶技术的普及和应用方面起到关键作用。
