智能化是汽车未来发展方向之一。智能汽车的控制分为纵向控制与横向控制。智能汽车纵向控制根据车载传感器感知本车周围交通环境,结合本车运动状态决策理想纵向运动状态,进而通过对发动机以及制动系统的控制实现对目标量的跟随。与横向控制相比,智能汽车纵向控制工况众多,系统非线性强,普遍存在行驶不平顺,与真实驾驶员行为差异大的问题。当前智能汽车的纵向控制已成为国际研究难点与热点。在智能汽车纵向控制策略方面,由于道路交通行为的随机性,智能汽车在行驶过程中交通环境复杂,遇到的工况众多。同时,智能汽车的纵向控制操纵机构复杂,包含驱动与制动两套机构,而且实际驾驶员在驾驶汽车过程中还明显存在驱动与制动都不控制的滑行模式。此外,智能汽车行驶环境复杂,在运行过程中受到平原、山区、丘陵等地形变化、道路坡度变化、汽车载重变化、空气阻力变化和道路附着条件变化等多种干扰。所有这些因素的叠加形成了众多的驾驶工况,导致了智能汽车纵向控制的复杂性。现有纵向控制策略大多采用分工况建模方法,将实际汽车行驶复杂工况划分为多种典型工况,针对每一种典型工况采取不同的控制方法,通过切换逻辑实现控制方法的切换,同一时刻只有一种算法在起作用。这种做法因不同算法切换时算法中的状态不连续而导致控制不平稳,而且与真实驾驶员的行为差异较大。算法过多也使得切换逻辑复杂且导致标定工作量大,增加了系统开发成本。针对上述问题,本文在课题组驾驶员最优预瞄加速度统一决策模型的基础上,探索通过一种控制策略实现各种驾驶工况下的汽车纵向控制的关键问题。提出以期望加速度作为决策中间量,将驾驶员模型分为对交通情景适应的统一预瞄决策模型和描述人对汽车操作的统一跟随校正模型两部分。在统一预瞄决策模型中首先计算期望加速度的取值范围并将其离散化,得到预瞄加速度集合,然后对集合中所有预瞄加速度结合汽车当前运动状态预测车辆未来运动轨迹。首先通过安全性、合规合法性判据对未来轨迹进行筛选,进而考虑工效性和易操纵性来综合决策最优预瞄加速度作为期望加速度。在统一跟随校正模型中提出采用带前馈的PID闭环控制实现对期望加速度的跟随,表达人的基本驾驶规律。在闭环前向通道中为适应车辆非线性和不同控制方式,根据内模原理进行逆系统校正,将被控车辆响应特性校正为统一的单位一系统,采用单一PID闭环即可实现对期望加速度的跟随,实现单一模型适用于各种控制方式和行驶环境。同时,针对当前智能汽车广泛应用驾驶模拟器进行虚拟验证的趋势,研发了模拟器新一代集成平台,实现智能汽车控制策略在驾驶模拟器上进行嵌入式验证。主要研究内容如下:首先,建立了汽车纵向控制的统一预瞄决策模型。与国际上大多数基于车头时距的加速度决策方法不同,本文在统一驾驶员模型的基础上,通过安全性、合规合法性、工效性与易操纵性四个指标综合决策车辆最优预瞄纵向加速度。针对安全性判断问题提出了基于驾驶员预瞄行为的安全距离模型与基于预测车道碰撞检测的安全性判断方法。该模型能够适应各种复杂交通情景下的最优预瞄纵向加速度决策。其次,建立了汽车纵向控制的统一跟随校正模型。最优预瞄纵向加速度经统一跟随校正模型得到针对车辆驱动与制动系统的控制量。本文在分析真实驾驶员控制特点的基础上,提出利用带前馈的PID闭环控制来描述人对开车基本规律的掌握。提出利用车辆纵向动力学的等效低阶模型的逆模型作为前向通道将车辆动力传动系和制动系的特性校正为低频下的理想“1”系统,通过该环节描述人对不同车辆性能的理解与掌握,并使驱动与制动系统响应特性一致,能够实现单一PID闭环即可达到对期望加速度的较好跟随,消除多套PID控制因控制器切换而产生的冲击。提出一种拟人化分相逻辑解决驱动控制与制动控制的切换问题。应用课题组开发的品质动力学模型对统一跟随校正模型有效性进行仿真验证。再次,驾驶模拟器新一代集成平台研发。驾驶模拟器为智能汽车验证提供逼真的仿真环境和驾驶员在环功能,并能有效节约时间与成本且保证实验安全,基于驾驶模拟器进行智能汽车验证已成为发展趋势。本文针对当前模拟器集成技术不能满足智能汽车验证需求的问题,提出一种分布式系统实时集成方法,探索了分布式系统中实时应用之间的通信、时钟触发、系统组态、实时求解、命令管控、脚本自动化技术。在普通PC机和多个以太网构成的分布式系统中将数据、定时和消息分离,实现毫秒级实时集成。通过组播实现分布式实时应用之间类似Simulink的多输入多输出拓扑结构。利用该技术实现了驾驶模拟器的集成,并能实现与智能驾驶系统以及d SPACE软硬件工具链的无缝集成。以智能汽车综合纵向控制为例,搭建了基于驾驶模拟器的智能汽车综合纵向控制的虚拟验证平台和实车试验平台。最后,在基于驾驶模拟器的智能汽车综合纵向控制验证平台上对本文提出的控制策略进行了实验验证。为对控制策略进行评价,本文系统调研了当前智能汽车纵向控制的国内外评价标准与测试工况,在此基础上提出了智能汽车综合纵向控制的测试用例与基于动力性、经济性、驾驶性与拟人性的评价方法。在基于驾驶模拟器的虚拟验证平台上利用交通仿真器外部接口设计了所提出的测试工况并进行了虚拟实验验证。经过验证,本文提出的控制策略是有效的,系统集成技术是可行的。