近年来,随着物联网和人工智能的快速发展,并逐渐向汽车行业渗透,使得车辆自动驾驶技术逐渐走向成熟,并逐步推向市场。自动驾驶技术的应用,实现了车辆代替驾驶员进行对汽车的操作,自动驾驶汽车可以对周围潜在危险环境进行预判并采取相应的安全措施,减少了因驾驶员对汽车的操作失误而引发的交通事故发生率,能够明显提高汽车的行驶安全性,并保障乘坐汽车的舒适性。首先,本文对装有毫米波雷达的汽车在纵向行驶时的工况进行了分析,确定了汽车在行驶时,控制器要实现的三个功能目标:定速巡航、距离保持以及防碰撞。针对控制器需要实现的这三个目标,定义了汽车行驶的三种工作模式:定速巡航工作模式、距离保持工作模式以及防碰撞工作模式。为了提高汽车在行驶过程中的安全性,本文采用了考虑主车车速以及两车相对速度对车间安全距离的影响的变车距安全距离模型,大大提高了安全距离模型的精确度。其次,本文在CarSim2016软件中搭建了汽车的整车动力学模型,由于本文重点研究汽车的纵向运动,所以只对CarSim中的车身模型、空气动力学模型、车轮与轮胎模型以及制动系统模型进行参数设置,其他对汽车纵向控制影响不大的系统模型,如转向系统模型和悬架系统模型均采用默认设置。为了模拟汽车的自动驾驶环境,在CarSim的ADAS环境模型中设计了汽车行驶的3D道路模型,并且设置了周围车辆的运动参数。此外,还基于安装在自车前方的毫米波雷达传感器提出了纵向有效目标车辆判别方法。然后,本文采用分层控制的方法,在Matlab/Simulink中搭建了汽车行驶的三种工作模式的上层控制器,基于PID控制理论设计了定速巡航工作模式上层控制器;基于最优控制理论设计了距离保持工作模式上层控制器;基于制动危险系数(ε)的三级制动控制策略设计了防碰撞工作模式上层控制器。基于上层控制器输出的理想加速度,本文又在Matlab/Simulink中搭建了汽车纵向控制的下层控制器,包括:PID控制器模型、驱动/制动逻辑切换模型、驱动控制模型、制动控制模型以及执行器模型,并对下层控制器进行了参数标定,以保证上层控制器和整个纵向控制仿真模型的顺利运行。最后,结合汽车实际行驶工况和IVISTA-ACC.TP-A0以及IVISTA-AEB.TP-A0等的ADAS技术试验场景工况确定了不同工作模式的仿真工况,包含:加速/减速巡航工况、目标车辆匀速行驶跟随工况、目标车辆变速行驶跟随工况、目标车辆静止防碰撞工况、目标车辆低速行驶防碰撞工况以及目标车辆急减速行驶防碰撞工况。仿真结果表明,本文设计的控制器或控制策略均能较好地实现功能目标,仿真结果曲线也能较好地反映汽车的动态响应特性。