9.4 數值模擬
9.4.3 測試車輛模型之選取
145 ( 08 . 0 exp[
1 3
g g
g ref
g x x x
y
圖 9.2 車輛進行二次車道變換之示意圖
9.4.3 測試車輛模型之選取
兩種車輛模型將會被用來模仿實際車輛的動態行為：（1）第二章所發表之完整車 輛模型；（2）Carsim 商用軟體內建之轎車模型（E-class Sedan Model in Carsim 7.1）。
由於控制法則的設計是以簡化車輛模型（如方程式（9.1）所示）為基礎並應用於上述之 兩種車輛模型，因此控制策略所擁有的穩健性將會決定控制策略是否能夠成功地驅動 車輛來跟隨軌跡。為了進一步地闡述控制策略之穩健性，本論文分別呈現上述之兩種 車輛模型與簡化車輛模型的動態差異，此模擬狀況為車輛行駛於水平路面且初始速度 為每小時90 公里（=25 m/s），並依循著駕駛者之方向盤行為（圖 9.3 的第一張子圖）。
三種車輛模型之幾何參數列於表9.1，由於完整車輛模型與 Carsim 轎車模型的幾何參數 並不相同，因此為了進行此三個模型的動態差異比較，控制法則推導所倚賴的車輛模 型，會分別採用與比較對象（完整車輛模型、Carsim model）相同的車輛參數。三種車 輛模型的縱向速度、側向速度與車輛橫擺角速度分別呈現於圖9.3 左右兩側的第二至四 張子圖，從這些子圖中可以發現車輛動態行為有著些許差異，因此所發展的控制法則 必須擁有適度的強健性才能夠成功地應用於完整車輛模型與Carsim 轎車模型。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -200
-100 0 100 200
Steering Wheel Angle (deg)
0 5 10 15 20
5 10 15 20 25 30
Longitudinal Velocity (m/sec)
3-DOF model Carsim model
0 5 10 15 20
-2 -1 0 1 2
Lateral Velocity (m/sec)
0 5 10 15 20
-60 -40 -20 0 20 40 60 80
Yaw Rate (deg/sec)
Time (sec)
0 5 10 15 20
5 10 15 20 25 30
3-DOF model Full-state vehicle model
0 5 10 15 20
-8 -6 -4 -2 0 2
0 5 10 15 20
-60 -40 -20 0 20 40 60 80
Time (sec)
圖 9.3 簡化車輛模型、完整車輛模型與 Carsim 轎車模型之動態行為比較圖。第一張子圖為駕駛者之方向 盤行為，從第二張至第四張分別為三種車輛模型的縱向速度、側向速度與車輛橫擺角速度。
雖然可以僅使用 Carsim 轎車模型來驗證控制策略的可行性與穩建性。選取另一車 輛模型（完整車輛模型）的主要原因在於完整車輛模型的動態行為是完全可知的，因此 可以就所發展的控制法則進行量化的分析。相較之下，Carsim 商用軟體內建之車輛模 型並沒有開放給後端使用者，因而無法獲得其詳細模型資料，但是此轎車模型的動態 行為已經經過實驗驗證，因此更接近於實際車輛的動態行為，因此採用 Carsim 模型當 作測試車輛將可以展示控制系統應用於實際車輛之可行性。
如同第一章所提出，將未來時間的動態資訊應用於車輛安全系統可以得到若干優 點。因此為了確認本論文所開發之車輛軌跡跟隨系統是否具有相關優點，最後一章節 會使用車輛動態預測系統所得之未來時間的車輛動態資訊來進行車輛軌跡跟隨控制。
車輛控制系統的取樣頻率為 100 Hz，用以確保整個控制系統穩健性之設計參數列 於表 9.2，這些設計參數主要是藉由完整車輛模型之模擬結果所決定。採用當下時間的 模擬結果將會被呈現於圖9.4 至圖 9.14，採用未來時間的模擬結果將會被呈現於圖 9.16 至圖9.17。圖 9.4、圖 9.9、圖 9.13 與圖 9.16 中藍色虛線為參考路徑與參考車輛橫擺角 速度；紅色實線為軌跡控制系統下之車輛動態行為。
表 9.1 車輛幾何參數
幾何參數 完整
車輛模型
Carsim
轎車模型 幾何參數 完整
車輛模型
Carsim 轎車模型 車體質量
（mtot） 1740 kg 2013 kg 質心與前軸距離
（lf） 1.05 m 1.402 m X 軸慣性矩
（Ix） 420 kg-m2 614 kg-m2 質心與後軸距離
（lr） 1.4 m 1.646 m Y 軸慣性矩
（Iy） 2594 kg-m2 2765 kg-m2 前軸一半長度
（tf） 0.725 m 0.8 m Z 軸慣性矩
（Iz） 3124 kg-m2 2765 kg-m2 後軸一半長度
（tr） 0.725 m 0.801 m 輪胎轉動慣性矩
（Iwheel） 2.03 kg-m2 0.9 kg-m2 輪胎有效半徑
（r） 0.3 m 0.364 m
表 9.2 控制系統之設計參數
設計參數 數值 設計參數 數值 設計參數 數值
1 0.1 1 1 1 7.5
2 0.1 2 0.01 2 22
A 0.05 B1~4 1e-6 F 100
1
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