基于UKF算法的车辆质心侧偏角估计

将无味卡尔曼滤波(UKF)算法运用到车辆质心侧偏角的估计之中,基于纵滑—侧偏联合工况下的统一指数(Uni-tire)轮胎模型建立非线性车辆动力学模型,采用最小偏度单形采样的UKF算法估计车辆的几个关键状态参量,并由此得到质心侧偏角估计。最后采用奇瑞A3两厢型汽车的车辆参数,使用车辆动力学实时仿真软件DYNAware/veDYNA对观测器进行了实时验证。仿真结果表明,UKF非线性估计方法精度高,估计结果能够满足实际应用要求。     

基于联合仿真的某四轴全轮转向汽车研究

为了分析线性控制算法在非线性模型中的控制效果,建立四轴全轮转向车辆的线性二自由度模型,采用零质心侧偏角比例前馈及前馈+横摆角速度反馈的多桥转向控制算法,在Matlab/Simulink及Truck Sim中建立联合仿真模型,对所设计的控制算法进行对比仿真验证。结果表明:多桥转向比例前馈控制及前馈+横摆角速度反馈控制均能够在低速下保持车辆质心侧偏角基本为零,但是比例前馈在高速时控制效果并不理想。低速时比例前馈控制能够最大限度减小汽车转弯半径,高速时前馈+横摆角速度反馈控制能够减小车身横摆角速度,提高多轴车辆抗干扰能力。     

考虑空气力的车辆三自由度转向模型与状态方程

为了减小空气力的影响,简化车辆多自由度转向动力学方程,考虑了空气力的影响,建立了车辆三自度转向运动的动力学模型.以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角、侧倾角速度为状态变量,以前轴转角及侧风作用力为输入,以质心侧偏角、横摆角、横摆角速度、侧倾角为输出,推导了车辆三自度转向运动的动力学模型的状态方程.以前轴主动转角脉冲为输入,对状态方程的可信度进行了验证.与利用线性二自由度转向模型的仿真结果相比,利用三自由度转向模型与其状态方程得到车辆质心侧偏角与横摆角速度的绝对值均较小,在高速情况下,空气力会增强车辆的不足转向特性.采用两种模型得到的车身侧向偏移均大于试验值,但三自由度模型的仿真曲线非常接近试验曲线.可见,三自由度状态方程可信度高.     

车辆主动转向的变结构控制器设计

针对基于线控转向技术的四轮主动转向汽车,利用滑模变结构控制策略,以提高车辆在紧急避障和危险工况下运行的安全性.将实际车辆的前、后轮侧偏刚度及外部干扰视为有界的不确定性参数,利用确定性线性车辆模型作为理想跟踪目标,进行车辆主动转向的变结构控制器设计.人-车-路闭环系统仿真结果表明:当轮胎侧偏刚度摄动或有外部侧风干扰时,变结构控制的四轮主动转向汽车实现了转向零质心侧偏角和跟踪期望横摆率的控制目标,其双移线仿真最终路径偏差分别为0 m和0.05 m,被控车辆系统表现出了良好的路径跟踪性和在不确定影响下的鲁棒性,车辆的操纵稳定性与主动安全性得到了提高.     

混合交通流环境下单交叉口自动驾驶车辆轨迹优化

信号交叉口对城市道路的通行能力以及车辆的燃油消耗具有重要影响。本文提出一种在自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合交通流环境下的自动驾驶车辆的轨迹优化方法。基于交叉口信号灯的配时方案,构建车辆旅行时间估计模型,并以自动驾驶车辆燃油消耗最小以及通行效率最大为目标,构建自动驾驶车辆轨迹优化模型,对车辆进行动态轨迹规划和控制。车辆轨迹滚动优化模型采用高斯伪谱法进行离散化求解,并基于SUMO仿真平台对模型结果进行验证。仿真结果表明,自动驾驶车辆可以通过优化自身控制变量影响人工驾驶车辆的运行状态,减少交通流的排队以及时走时停现象。本文提出的车辆轨迹优化方法对于降低车队整体燃油消耗、提升车队平均速度、缩短平均行程时间具有重要作用。     

基于滑模变结构控制的SUV稳定性研究

针对SUV侧倾稳定性较差的问题,提出了基于滑模变结构控制的方法。首先建立3-DOFSUV横向-侧倾动力学模型;基于理想的质心侧偏角和横摆角速度,分别设计了以期望质心侧偏角、期望横摆角速度和兼顾两期望值为控制目标的基于指数趋近律的滑模控制器;然后基于Matlab/Simulink建立SUV车辆模型与滑模控制策略,选取典型试验工况进行仿真分析。仿真结果表明:兼顾两期望值的控制策略能较好地使车辆的横摆角速度、质心侧偏角、侧倾角的动态响应满足控制要求。     

质心侧偏角和横摆角速度对车辆稳定性的影响研究

通过对车辆稳定性控制理论研究,得出车辆的质心侧偏角和横摆角速度是稳定性控制的重要控制变量。并基于建立的二自由度整车仿真模型,进一步分析了它们对车辆稳定性的影响。     

基于Simulink的虚拟测试技术在汽车操纵稳定性测试中的应用

基于Simulink软件建立了三自由度汽车动力学仿真模型,对汽车转向时的操纵稳定性进行了虚拟仿真测试,得出了汽车横摆力矩、横摆角速度、质心侧偏角随时间的变化曲线以及不同前轮转角横摆力矩随质心侧偏角的变化曲线,并对测试结果进行了分析.     

车辆稳定性控制策略研究

以滑模控制、线性二次型最优控制以及PID控制三种控制理论为基础,运用不同的控制策略,基于直接横摆力矩控制方法,设计了车辆稳定性控制器,并进行了控制效果的仿真分析和比较。就控制策略而言,单独控制质心侧偏角、以及对质心侧偏角和横摆角速度进行联合控制,在车辆运行的大多数工况下,控制效果要优于单独控制横摆角速度;就控制理论而言,滑模控制具有较强的鲁棒性和应用性。由于稳定性控制器应重点对低附着系数路面上的车辆进行控制,针对研究对象的运行工况,滑模控制下的质心侧偏角控制和联合控制策略具有明显的优越性。     

车辆电子稳定性程序的最优控制

引入轮胎魔术公式,建立了车辆的两自由度非线性动力学模型．以车辆质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,基于车辆的线性动力学模型设计了最优控制器,将此控制器应用于非线性动力学模型并进行了仿真．结果表明,车辆电子稳定性程序显著提高了车辆的操纵稳定性,使驾驶员在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下能够对车辆进行正常操纵．     

智能电动车弯曲道路场景中的避障路径规划

为研究智能电动车在弯曲道路场景下进行避障规划的有效性, 提出了一种将笛卡尔坐标系转换为曲线坐标系的方法, 利用5次贝塞尔曲线对弯曲道路场景中的车道线进行逼近得到参考路径, 通过对参考路径进行弧长参数化, 以弧长为横坐标, 横向偏移为纵坐标的方法建立曲线坐标系, 根据车辆和子目标点在曲线坐标系中的位置关系, 采用3次多项式实时生成候选路径, 利用序列二次规划算法对候选路径进行优化; 为验证所提算法的有效性, 以某智能电动车为平台, 利用单目相机、64线激光雷达、工控机等设备搭建试验车, 通过Apollo平台对车辆在弯曲道路场景中的避障算法进行在线仿真, 在园区实车试验中对避障算法进行了GPS位置误差和航向角累计误差分析。研究结果表明: 在曲线坐标系中进行车辆弯曲道路场景下的避障路径规划, 能有效地描述规划路径曲率半径、车辆中心位置偏移车道线距离等信息, 容易确定自身车辆的可行驶区域、前方障碍物位置信息, 从而生成最优路径; 在园区场景的避障过程中, GPS位置误差发生在初始点、转弯点以及避障点, 最大误差为0.15 m, 航向角累计误差为12°, 突然增大的弯道位置误差主要由车辆姿态瞬时改变及障碍物匹配过程引起, 但是误差都能够很好地控制在一定范围之内, 利用曲线坐标系解决弯曲道路场景中的避障路径规划是可行的。      

多轴转向商用车转向模式分析与研究

根据大型多轴商用车的特点,以某三轴转向车辆为例,建立了多轴转向车辆的二自由度系统动力学模型,并基于零质心侧偏角比例控制方法确定了5种理论转向模式,最后通过仿真分析,研究了5种转向模式的稳态和瞬态响应特性及其应用范围,结果表明:低速区域,机动性随质心到瞬时转向中心线的距离减小而增加,低速模式2具有较好的机动性;高速区域,操纵稳定性随该距离增大而提升,而高速模式5的操纵稳定性更好。     

基于模型预测控制无人驾驶车辆避障轨迹跟踪器设计

针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪和避障问题,基于模型预测控制算法设计了避障轨迹跟踪控制器,实现避障和轨迹跟踪功能。在不同车速下采用Matlab和CarSim进行联合仿真试验,结果表明:设计的控制器控制性能和稳定性良好,能满足无人驾驶车辆的避障和轨迹跟踪需求。     

混合示教长短时记忆网络的车辆轨迹预测研究

为实现智能网联车对周围车辆运行轨迹准确地长时预测，本文提出一种混合示教解码的长短时记忆网络的车辆轨迹预测方法。首先，通过特征筛选和历史轨迹序列标注建立轨迹预测数据集；其次，构建长短时记忆网络的编码器-解码器模型，编码器将自车和周围车辆历史轨迹及道路环境信息编码为上下文向量，解码器采用混合示教的模式将上下文向量解码动态解码为未来轨迹；最后，采用真实道路数据集NGSIM US101和I-80路段验证模型的可行性。多组对比分析实验结果表明：本文所提方法在长时域预测的终点位移误差指标上的有效性和优越性，5 s的终点位移误差在2.7 m以内；并且模型在稀疏采样后的数据集上达到更高的预测准确率，5 s的位移误差在1.3 m以内。     

基于Matlab的某4WS越野车建模与仿真

通过建立的三自由度4WS汽车模型,基于零质心侧偏角-前馈控制,利用Matlab软件建立了某4WS越野车仿真模型,通过参数的时域与频域响应分析,结果表明:与2WS相比,时域分析中基于前馈控制的4WS汽车明显减小了质心侧偏角,路径跟踪能力较好,同时有效提高了低速时的操纵性和机动性,以及高速时的稳定性和安全性,并具有较好的瞬态响应特性。频域分析表明驾驶员以不同低频缓慢转动方向盘时,4WS汽车输出响应能较好地执行驾驶员的输入指令,同时相位滞后相对不大,汽车操纵稳定性随输入频率变化的动态特性较好。     

主动前轮转向的操纵稳定性研究

汽车的主动前轮转向作为汽车主动控制的一个重要组成部分,可以改善车辆的操纵稳定性;横摆角速度与质心侧偏角作为表征车辆操纵稳定性的2个主要指标,可以作为车辆处于稳定状态的参考。基于模型预测控制方法,在汽车线性二自由度模型的基础上,使用相同工况下理想的横摆角速度与质心侧偏角作为参考,设计了模型预测控制器,将二自由度汽车模型与CarSim整车模型进行了联合仿真。结果表明:模型预测控制方法相对PID控制方法更能有效地提高汽车的主动安全性。     

基于车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略

现有的换道轨迹研究大多是将换道轨迹规划和换道轨迹跟踪进行相对独立的研究,这类轨迹在实施过程中将产生不可避免的误差。为了消除这一误差以及缓解或解决由于不当换道行为引起的交通问题,本文提出一种考虑车辆动力传动和转向系统的换道轨迹优化策略,用以指导或替代驾驶员的换道行为。首先,利用Next Generation Simulation (NGSIM)数据获得换道过程的主要驾驶任务,并用highD数据对其进行验证。其次,基于二自由度车辆模型分析车辆的换道运动特性,构建能够被动力传动系统和转向系统所实现的换道轨迹。结果表明,所提策略可以在保证驾驶安全性的前提下,实现经济、舒适和高效的换道过程。单独考虑经济、舒适和高效的优化策略,能够分别降低35.71%的单位路程燃油消耗,94.58%的前轮转角的角速度以及70%的换道所需时间。这说明所提的换道轨迹优化策略能够从微观角度缓解或解决由不当换道驾驶行为造成的交通问题,并为驾驶辅助系统提供理论依据和方法指导。     

新型混合交通交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法

新型混合交通环境下的交叉口交通控制可通过信号灯控制与自动驾驶车辆的轨迹控制协同实现,能够极大地优化道路通行资源利用效率。已有研究中,信号配时与车辆轨迹集中优化的控制策略难以应用于车辆自组织控制的现实场景,且往往计算复杂度较高。本文提出一种无中心框架下基于逻辑的交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法。基于协同理论中的快慢变量主动伺服控制原理,设计一种交叉口信号配时慢变量与车辆轨迹策略快变量协同框架,并分别提出基于逻辑的信号配时优化和网联自动驾驶车辆轨迹协同控制方法。协同控制方法可以在车辆自主控制的条件下,一方面,实现交叉口信号配时动态适应交通需求;另一方面,实现网联自动驾驶车辆主动优化驾驶速度,高效通过交叉口。而且网联自动驾驶车辆在进口道可引导混合车队高效通过交叉口,降低绿灯启动损失,提高交叉口通行效率。仿真实验表明,本文的协同控制方法相较于传统控制方法可显著降低交叉口车辆平均延误,同时,基于逻辑的决策模型可实现快速求解。通过对网联自动驾驶车辆控制策略关键参数的敏感性分析,进一步讨论新型混合交通流交叉口通行公平性,并比较在不同网联自动驾驶车辆渗透率下的控制效果。     

面向群体行驶场景的时空信息融合车辆轨迹预测…

将车辆间时空交互信息融入卷积社会池化网络中，提出了一种面向群体行驶场景的有人驾驶车辆轨迹预测模型；使用长短时记忆(LSTM)网络预测群体车辆速度，基于此预测值计算群体车辆间的速度差；构造LSTM编码器捕捉群体车辆行驶轨迹的时间序列特征，设计卷积社会池化网络提取群体车辆间的空间依赖关系，使用LSTM解码器预测未来车辆各种动作的出现概率和相应轨迹，将具有最高出现概率的动作及其轨迹作为最终轨迹预测结果；使用真实轨迹数据集对所构建模型进行了参数标定和性能验证，测试了不同轨迹编解码与速度预测方法对模型性能的影响，确定了最优模型结构。计算结果表明:相较于历史速度，使用预测速度计算速度差作为模型输入可将均方根误差(RMSE)降低19.45%；相较于门控循环神经网络，使用LSTM进行速度预测可将RMSE降低4.91%；相较于原始卷积社会池化网络，所提出模型的轨迹预测误差在RMSE与负似然对数2个指标上分别降低了20.32%和21.04%，明显优于其他卷积社会池化网络变体；所提出模型与原始卷积社会池化网络计算耗时差距约3 ms，能够满足实时应用要求。      

面向高速公路混合交通流的车辆协同合流策略

为提高高速公路匝道合流区的运行效率、减少交通事故的发生,面向网联自动驾驶车辆(Connected and Automated Vehicles, CAV)与人工驾驶车辆(Human Driven Vehicles, HDV)混行的交通场景,提出高速公路匝道分层协作合流框架,该框架集成合流序列调度算法和协作合流算法,并根据车辆类型与车辆状态进行实时调整。首先,提出一种基于启发式规则的高速公路合流序列实时调度算法,优化合流区车辆的合流顺序,解决了传统固定合流序列无法适应HDV驾驶行为随机扰动的问题。然后,根据合流序列调度算法及当前车辆位置,判断协作合流的车辆组及其车辆类型,分别建立CAV-CAV、CAV-HDV和HDV-HDV的协作合流控制算法。通过试验仿真发现：相较于无控制情况和“先进先出”策略,总延误分别降低了21.66%、39.88%;协作控制区长度对燃油经济性存在一定影响,能耗随着距离的增加而减小,并存在一个最小值,即300 m,到达该值后能耗将逐渐增大;车辆之间车头时距的增加,对减小车辆能耗存在一定的影响。其中,HDV之间车头时距的影响大于CAV之间车头时距的影响。