Abstract
本論文以複雜型可規劃邏輯晶片(complex programmable logic device,CPLD)實現可應用於車輛自動變換車道的控制器，此控制器採用自動變換車道的控制架構，包含前饋導引控制器、回授控制器，發展出一個以時間最佳化的控制方式來完成輔助車輛變換車道的控制系統，防止駕駛人疏忽錯誤造成的交通事故，使車輛安全、舒適且有效率的完成變換車道。 藉由車道保持控制架構下的前饋導引控制策略，可預先規劃一梯形的道路曲率軌跡，在此曲率的規劃下，整個車道變換的過程中符合乘坐舒適性的要求，且在最短的時間內完成車道變換的控制。為使得在變換車道過程能符合舒適性的要求，加入回授控制器來補償由於非線性因素的影響所導致汽車本身的側向加速度與預設曲率規劃下的側向加速度的誤差，藉此限制由於過大的轉向角度所造成輪胎側向力的非線性因素的影響。 對於所提出的系統架構，採用半車模擬台的車輛參數。分別規劃梯形及二次曲線兩種虛擬預設路徑，觀察曲率、方向盤角度、側向位移、側向加速度及側向加速度變化的異同。 由模擬結果看出，規劃梯形路徑時，方向盤角度變化明顯大於弦波路徑，時速30 km/hr、40 km/hr、60 km/hr下，方向盤角度分別為78度、45度以及22度，而弦波路徑僅為50度、30度以及15度。由於梯形路徑變化曲率較劇烈，在4.96秒即可完成車道變換，但側向加速度較大，會影響乘坐的舒適性，但在弦波虛擬預設路徑規劃，雖用了較多時間，大約為5.69秒，卻使得側向加速度變化較和緩，顯然路徑的規劃關係著變換車道時間和乘坐的舒適度，如何在安全性及舒適性考量下，完成車道變換亦是未來工作的方向。另外在兩種路徑規劃時，仍同樣存在穩態的誤差。且在曲率瞬間變化太過劇烈的時點，側向加速度亦會忽然地變大，造成乘客有不舒適的感覺，所以，藉由回授補償器，使乘坐舒適性獲得改善。 由實驗結果可以看出，所設計之控制器可以完成變換車道，即在時速30 km/hr、40 km/hr、60 km/hr下，僅加上前饋導引器，方向盤角度分別為78度、46度以及25度，而前饋導引器結合回授控制器為72度、42度以及22度。雖然都存在一定程度的穩態誤差，但明顯地回授控制器的加入，有效的抑制方向盤角度急遽的變化，使的側向加速度變化也相對的減少，如此一來，使乘坐舒適性獲得改善。 本文對於以時間之最佳化的變換車道控制器設計，將其主要控制律予於以晶片化，並完成硬體架構進行系統測試。針對變換車道時，因駕駛人的疏忽或駕駛不當，而產生的交通事故，給予適當的輔助，以避免事故的發生，造成傷亡。因此本文的成功，即完成輔助車輛變換車道的實際硬體架構與控制運算法則。