考虑并线的网联车辆巡航控制研究

针对网联车辆行驶过程中容易出现旁车道的人类驾驶员并线进入车队的问题,本文中提出了一种考虑旁车并线行为的跟车策略,并设计了分布式应用的分层控制系统。首先分析了所提出的跟车策略的合理性,并构建了考虑延时与误差反馈的联网巡航控制(CCC)系统;接着在频域范围内分析了不同控制增益参数对系统稳定性的影响,仿真结果验证了多车队列行驶稳定性;最后搭建测试平台进行实车试验。结果表明:旁车并线时,CCC控制系统可快速实现车辆的制动并保证队列的稳定性,所提出的跟车策略可提升车辆的乘车舒适性与交通系统的安全性。     

车辆自适应巡航控制系统的建模与分层控制

为改善车辆自适应巡航控制(ACC)系统的功能,本文中研究一种ACC系统建模和分层控制方法。首先建立考虑纵向、侧向和垂向耦合特性的14自由度整车模型,并根据电子节气门和制动器的实际物理特性建立能准确跟踪期望输入的执行器模型。接着建立包含驱动/制动切换逻辑、发动机逆模型和制动器逆模型的车辆逆动力学模型。最后针对ACC系统的功能需求,应用模型匹配控制理论设计能适应不同工况的鲁棒下层控制器,而上层控制器则通过线性二次最优控制理论获得综合考虑车距、相对速度和自车加速度的期望跟车加速度。仿真结果表明,该ACC系统能使车辆在加速行驶、稳态跟车和制动减速等行驶工况下保持良好的跟踪性和自适应性。     

基于多模式切换的智能汽车自适应巡航控制研究

针对前车运动状态和驾驶意图的不可预知性导致传统自适应巡航控制(ACC)系统应用受限的问题,设计了一种多模式切换的自适应巡航控制方法。根据自车与前车的运动学关系划分行驶模式,采用紧急系数表征各行驶模式下的危险程度;设计模糊控制器调节模型预测控制(MPC)中目标函数的权重值,以满足不同工况下跟车性和舒适性的需求差异,实现不同控制模式间的切换。仿真结果表明,多模式切换控制方法有效提高了车辆跟车性和舒适性,在各种工况下取得了优良的控制效果。     

网联车辆并线预测与巡航控制的研究

为检测旁车道车辆驾驶员的并线意图,提升网联车辆巡航跟车的主动安全性,提出了一种基于NAR神经网络学习的迭代循环预测算法。NAR神经网络的训练样本由实际交通环境中的车辆并线数据获得,通过训练的网络预测未来一段时间内旁车的横向行驶轨迹,并根据划定的监控区域计算旁车的切入概率。同时,提出了一种考虑并线概率的跟车距离策略,并应用到网联车辆CACC系统中。结果表明,所提出的并线预测算法能精确计算出旁车的横向换道轨迹,所提出的跟车策略可提升车辆的跟车安全性。     

相邻车道车辆并道预测与跟车控制改进的研究

为在自适应跟车控制中,预测相邻车道车辆的并道行为,提前调整自车速度控制策略,以提高自车的乘坐舒适性和安全性,通过采集和分析实际道路上自车与周围车辆的运动状态信息,建立相邻车道车辆并道行为预测模型,并在此基础上对现有期望间距跟车模型进行改进。仿真结果表明:自车车速vM、自车与前车的车头时距t1、自车与前车的相对速度vML和自车与相邻车道车辆的相对速度vMF可作为预测并道行为的表征参数;所建立的预测模型可提前2s预测并道行为的类型,对两种并道行为预测的准确率分别达到88%和90%;改进的期望间距模型使跟车过程更加平稳,可提高车辆的舒适性与安全性。     

基于预测恒定车头时距策略的自适应巡航控制研究

为了进一步提高车辆跟车过程中的跟踪性、安全性、舒适性和燃油经济性，针对已有间距策略表现过于保守或反应过于激烈等不足之处，提出了一种预测恒定车头时距策略。该策略考虑了相对加速度，建立了一种预测型期望车间距模型，进而应用于模型预测控制的多目标自适应巡航控制系统中，能进一步提高模型预测控制对多个控制目标的综合协调能力。搭建上层控制器、下层PID控制器、油门制动切换、逆纵向动力学模型。在多工况下仿真，通过建立性能评判指标对多目标进行量化分析。结果表明，所提出的间距策略在保证安全性的前提下，提升了自适应巡航控制系统的综合性能。在不同驾驶风格的车头时距下，跟踪性、舒适性和燃油经济性均有良好表现。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞，改善道路交通安全状况，提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机，获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离，并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险，使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性，采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适，采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制，保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性，基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制，结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差，修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合，结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞，减少交通事故的发生。     

基于模糊理论的汽车智能巡航控制策略与仿真

基于模糊控制和模型匹配理论,应用分层式汽车智能巡航控制策略,实现节气门和制动踏板的协调控制。模糊上位控制器以实际距离与理想距离差和前方车辆与巡航车速度差作为输入,结合设计的模糊规则,获得巡航车期望加速度。考虑车辆系统干扰和响应延时性影响,构建了模型匹配下位控制器以确保巡航车期望加速度的实际输出。利用Simulink对控制功能实施了仿真验证,结果表明,该控制策略可有效实现智能跟随和定速巡航功能,提高行驶安全性。     

网联车辆协同编队控制系统研究

为改善车辆编队行驶的稳定性、安全性和舒适性,本文中基于车车通信构建了多车协同编队控制系统。该系统采用了基于非线性车距控制的驾驶行为决策模型,并充分考虑了实际通信延时对系统的影响。针对车辆编队控制的稳定性,分析了各控制器参数的约束边界及其变化对系统稳定性的综合影响。最后搭建Matlab/Simulink模型,并进行仿真,以验证头车持续扰动、紧急制动和非零初始状态3种典型工况下多车协同控制的有效性与合理性。结果表明,本文设计的车辆编队控制系统可实现车辆编队的稳定性控制,保障行驶安全性,同时避免车辆频繁加速、制动的现象,在一定程度上提高了行驶舒适性。     

重型商用车预见性自适应巡航控制策略研究

为提高商用车巡航系统的经济性与安全性，设计了考虑节油安全驾驶的商用车预见性自适应巡航控制系统（predictive adaptive cruise control system,PACC），基于前方道路坡度规划了预见性巡航经济车速，针对巡航过程中受前车影响产生制动干扰的问题，提出了一种利用前车信息进行优化的预见性自适应巡航控制策略。基于前方道路坡度设计了自适应车间距，规划主车行驶车速，实现了预见性自适应巡航行驶。基于一汽解放JH6重型商用车进行了实车试验，研究结果表明：该算法可以有效降低燃油消耗量并缓解驾驶员驾驶疲劳，为商用车辅助驾驶系统的开发提供了极为重要的理论及实际价值。     

汽车跟车预警仿真及评价研究

为了提高高速公路汽车跟车行驶的安全性,从驾驶员特性、汽车特性、道路特性及交通流特性的角度,以经典的牛顿力学理论为依据,充分考虑制动前驾驶员的反应时间,分别建立了9种状态下的临界安全车距模型、基本安全车距模型和充分安全车距模型.在此基础之上,建立了驾驶员跟车行驶安全度评价模型,并利用驾驶模拟系统,对追尾预警模型及驾驶员跟车行驶安全性评价模型应用于仿真平台的有效性进行了验证.驾驶模拟实验结果表明,预警模型有效、可靠,可用于驾驶员跟车安全性检验,为提高驾驶员高速跟车行驶的安全性及速度控制提供了理论依据.     

基于动态博弈算法的切入场景下自动驾驶车辆运动规划研究

鉴于在车辆换道切入的场景中，自动驾驶车辆容易出现频繁的误减速、误避让，而造成通行能力和乘员舒适性的下降，提出一种基于主旁车动态博弈的切入场景决策规划算法。在行为决策层，根据切入场景中主旁车的冲突性关系，联立相关车辆运动方程建立整体系统的运动模型，构建考虑旁车状态的切入博弈模型，设计安全性和舒适性收益函数，进行驾驶行为博弈，输出行为决策结果。在轨迹规划层，根据车辆间距构建避障约束条件，以Sigmoid函数轨迹的变曲率和速度切向矢量的时间分量来构建车辆动力学约束。同时以加权收益方式联合考虑驾驶习惯和舒适性等需求，建立轨迹规划数学模型，求解得到满足上层博弈决策要求的运动轨迹。Carsim-Simulink联合仿真结果表明，在不同的初始条件下主车与切入的旁车能进行多种形式的合理的交互决策，准确完成切入场景下的运动规划任务，车辆能准确跟踪输出的轨迹，更符合一般驾驶习惯，提高了车辆的舒适性。     

基于机器视觉的客运车辆危险行驶状态辨识技术研究

为了提高客运车辆危险驾驶状态的辨识效能,提出利用机器视觉辨识危险驾驶行为。使用车载CCD实时采集路面图像,依据图像处理算法检测车道标识线的位置以及本车与前方目标车辆的实时距离,建立了车辆横向偏航辨识模型和车辆纵向危险行驶状态辨识模型;结合所建模型的辨识结果,确定预警方案。实车试验结果表明,所建模型能有效辨识车辆横向偏航和纵向跟车过近危险行驶行为,可用来降低潜在的危险驾驶行为,提高车辆在途行驶安全性。     

基于驾驶行为的追尾避撞控制策略研究

本文中提出了一种通过制动或换道来实现的追尾避撞控制策略。首先通过模拟驾驶仪采集驾驶员避免追尾碰撞的换道时机、制动强度、最大加速度变化率和反应时间,构建了驾驶员制动避撞行为和换道避撞行为模型;然后建立基于制动安全距离、碰撞时间和换道安全距离的危险估计模型,实时计算行车发生追尾碰撞的危险等级并据此选取相应的主动避撞介入时机和方式;最后依据碰撞时间和结合前馈控制的线性状态反馈控制方法,分别建立制动避撞策略和换道避撞策略。Matlab仿真和实车试验验证结果表明,该避撞控制策略能通过自主换道或制动避免中低速跟车行驶时的追尾碰撞。     

纯电动汽车制动避撞系统的建模与分析EI北大核心CSCD

针对纯电动汽车制动避撞系统,提出了基于反馈线性化的跟车距离、速度跟踪误差的滑模控制方法;考虑了模型非线性、系统参数不确定性和外部干扰的因素,建立车辆纵向动力学模型;采用指数趋近律的控制方法,设计了一种双输入双输出的汽车避撞系统控制器;并进行了跟车场景下制动避撞控制器的仿真。结果表明:该控制器避撞控制效果明显,在保证汽车行驶的舒适性的同时,跟车过程的跟踪误差小。     

纯电动汽车制动避撞系统的建模与分析

针对纯电动汽车制动避撞系统,提出了基于反馈线性化的跟车距离、速度跟踪误差的滑模控制方法;考虑了模型非线性、系统参数不确定性和外部干扰的因素,建立车辆纵向动力学模型;采用指数趋近律的控制方法,设计了一种双输入双输出的汽车避撞系统控制器;并进行了跟车场景下制动避撞控制器的仿真。结果表明:该控制器避撞控制效果明显,在保证汽车行驶的舒适性的同时,跟车过程的跟踪误差小。     

基于深度强化学习的车辆跟驰控制

针对自适应巡航控制系统在控制主车跟驰行驶中受前车运动状态的不确定性影响问题，在分析车辆运动特点的基础上，提出一种能够考虑前车运动随机性的跟驰控制策略。搭建驾驶人实车驾驶数据采集平台，招募驾驶人进行实车跟驰道路试验，建立驾驶人真实驾驶数据库。假设车辆未来时刻的加速度决策主要受前方目标车辆运动影响，建立基于双前车跟驰结构的主车纵向控制架构。将驾驶数据库中的驾驶数据分别视作前车和前前车运动变化历程，利用高斯过程算法建立了前车纵向加速度变化随机过程模型，实现对前方目标车运动状态分布的概率性建模。将车辆跟驰问题构建为一定奖励函数下的马尔可夫决策过程，引入深度强化学习研究主车跟驰控制问题。利用近端策略优化算法建立车辆跟驰控制策略，通过与前车运动随机过程模型进行交互式迭代学习，得到具有运动不确定性跟驰环境下的主车纵向控制策略，实现对车辆纵向控制的最优决策。最后基于真实驾驶数据，对控制策略进行测试。研究结果表明：该策略建立了车辆纵向控制与主车和双前车状态之间的映射关系，在迭代学习过程中对前车运动的随机性进行考虑，跟驰控制中不需要对前车运动进行额外的概率预测，能够以较低的计算量实现主车稳定跟随前车行驶。     

面向混合自动驾驶车流的协同自适应巡航控制EI北大核心CSCD

车联网V2V环境下能实时获取自车和周围车辆的运动状态、驾驶工况和道路环境,为汽车自适应巡航控制系统提供更准确的信息。为消除自动驾驶汽车(AV)和人工驾驶汽车(MV)混合行驶工况下的车头时距干扰对汽车纵向巡航控制的影响,提出了一种基于车联网V2V的协同自适应控制方法。通过车联网V2V实时采集车辆跟驰过程中车辆基本安全信息(basic safety message,BSM),进而获得车辆相对运动状态和驾驶行为序列;应用线性最优二次型方法建立驾驶操纵序贯链优化目标函数,再对扰动作用下的汽车运动状态改变量进行短时预测;在此基础上,以混合车流车头时距的最优均衡状态为目标,构建了车辆跟驰间距的滚动优化模型和协同自适应控制方法。实验结果表明,在头车加/减速行驶工况下,改进后的车辆控制器能更快响应前车运动状态的变化量,并在保证车辆安全跟驰间距的情况下,降低了车头时距,提高了道路通行能力。     

基于目标速度的汽车ACC系统油门控制策略研究

ACC系统能够根据雷达等传感器检测到的前方车辆行驶信息,并自动控制本车的油门开度和制动强度,实现自适应巡航行驶,通过对车辆行驶纵向阻力特性的分析,针对目前广泛使用的基于目标加速度的油门开度控制策略受车辆装载质量影响较大的情况,利用功率平衡原理,提出了1种基于目标车速的油门开度控制策略,并利用PreScan软件对基于目标车速的油门开度控制策略进行了仿真实验,仿真结果表明了该控制策略有效的避免了整车装载质量变化对控制目标的影响。     

四轮独立驱动电动车自适应巡航滑模控制

为实现四轮独立驱动电动汽车的自适应巡航功能,采用基于趋近律的滑模控制理论设计了自适应巡航控制系统。上位控制器以实际车距与期望车距的偏差作为输入,采用滑模控制律获得主车期望加速度,然后将期望加速度作为下位控制器的输入,计算出电机期望转矩,用于实现自适应巡航控制。在CarSim中建立电动汽车整车模型,并与Simulink进行联合仿真。仿真结果表明,在前车匀速、加速、减速等直线行驶工况以及曲率较大的弯道行驶工况下,提出的自适应巡航控制方法均能够使主车具有良好的跟踪能力。