基于可拓切换控制方法的智能车辆车道保持系统研究（双语出版）

针对道路曲率变化范围较大时，智能车辆在大曲率道路工况车道保持控制精度低的问题，提出一种基于可拓切换控制理论的智能车辆车道保持控制系统，该车道保持系统由上层可拓控制器和下层控制器两部分组成。在上层可拓控制器中，通过车道线检测得到车辆相对于道路的位置信息和道路曲率信息。根据可拓集合理论，选取预瞄点处横向位置偏差和前方道路曲率值作为可拓集合的特征值并划分可拓集合，求解关联函数，并根据关联函数值将车辆-道路系统状态分为经典域、可拓域和非域。在下层控制器中，在经典域采用基于横向位置偏差和航向偏差的PID反馈控制器，在可拓域中采用基于前方道路曲率的PID前馈-反馈控制器，非域中车辆-道路系统处于完全失控状态，采取紧急制动。2种仿真工况结果表明：相比于单一PID反馈控制，提出的车道保持控制系统，有效抑制了在大曲率道路下的跟踪误差值，提高了智能驾驶汽车在时变曲率的道路工况下车道保持控制精度和工况适应性。     

空气悬架客车横向动力学建模和稳定性分析

针对特殊行驶工况下空气悬架客车横向动力学失稳现象的揭示问题,本文中提出一种系统非线性动力学建模和稳定性分析方法。为准确反映空气悬架客车横向动力学演化规律,建立了考虑空气弹簧和轮胎非线性力学特性的系统3自由度动力学模型。为实现复杂高维动力学系统的稳定性分析,首先基于中心流形理论对系统进行降维处理,而后对得到的约化系统进行定性性态分析,确定了系统满足鞍结分岔的充分必要条件。设置4种工况对空气悬架客车横向动力学系统在平衡点处的分岔行为进行了相平面分析,掌握了空气悬架客车在不同路面条件下随车速及前轮转角变化的横向动力学失稳演化规律,最后基于整车动力学进行仿真验证表明解析分析结果与仿真分析结果一致,证明本文提出的非线性稳定性分析方法有效可行。     

基于增量线性模型预测控制的无人车轨迹跟踪方法

针对现有无人车轨迹跟踪研究中假设轮胎侧偏角始终处于线性区域的不足,提出了一种基于增量线性时变模型预测控制的轨迹跟踪方法。在每个控制周期内进行轮胎魔术公式的线性化处理,建立时变轮胎模型,并结合车辆二自由度模型,获得了车辆时变模型,设计增量线性时变模型预测控制器(ILTVMPC),完成了轨迹跟踪,在二次规划求解过程中加入包括控制量和控制增量等约束。利用MATLAB/Simulink平台将该方法与非线性模型预测控制进行仿真对比,结果表明:基于时变轮胎模型的ILTVMPC,不仅在跟踪精度和稳定性上有优异表现,而且计算实时性得到较大幅度提升。     

基于NMPC的智能汽车纵横向综合轨迹跟踪控制

本文中针对大曲率转弯工况下,智能汽车纵横向动力学特性的耦合和动力学约束导致轨迹跟踪精度和稳定性下降的问题,提出一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的纵横向综合轨迹跟踪控制方法,通过NMPC和障碍函数法(BM)的有效结合,提高了跟踪精度,改善了行驶稳定性.首先建立四轮驱动-前轮转向智能汽车动力学模型和轨迹跟踪模型,采用...     

自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制系统研究

针对曲率变化范围大的弯道混合道路工况下,自动驾驶汽车横向控制系统的适应性和控制精度不高的问题,本文中提出了一种自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制方法。控制系统由上层可拓控制器和下层控制器两部分组成,实现了在经典域中反馈控制和可拓域中前馈-反馈控制策略的切换控制。Simulink仿真结果表明,该控制方法在保证小曲率道路控制精度的同时,降低了大曲率道路的控制误差,对于时变工况具有很好的适应性。     

考虑前后方车辆行驶状态的ACC系统控制方法

为提高车辆的通行效率和道路利用率,在拥挤工况下,将新型人工势场应用到车辆的智能控制中。把前后两辆车看做两个势场中心,设计了一种车辆控制系统,使车辆在车流中实行车辆跟随时,考虑前后方车辆的位置和速度后,自动寻找最佳跟车距离。通过对人工势场和车辆控制的研究,采用新型人工势场函数和3自由度汽车动力学模型构建基于误差预瞄的车辆控制数学模型,将其应用到单个或多个车辆的控制中,使车辆能在拥挤工况下根据前后车的相对位置和速度自动调节车距。通过仿真得到控制车辆各行驶参数和所受势场合力的时间历程图,验证了所提出ACC控制方法的有效性。     

基于动力吸振理论的车辆ISD悬架设计与性能分析

ISD(inerter-spring-damper)悬架是由惯容器、弹簧和阻尼器构成的一种新型车辆被动悬架。本文中基于动力吸振器在振动控制中的作用,利用惯容器动力学特性,建立了ISD悬架的单轮模型,设计出含有动力吸振器结构的ISD悬架,并对其进行仿真,用多目标遗传算法确定元件参数,分析ISD悬架的主频率特性和各性能指标(车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷)的振动传递特性。仿真结果表明,在0~15Hz低频段,与等刚度的传统被动悬架相比,ISD悬架改善了各性能指标的振动传递幅频特性,降低了各性能指标在共振频率1Hz附近的功率谱密度峰值。     

复合工况下轮胎非线性力学特性的分段仿射辨识

为实现复合工况下轮胎非线性力学特性的准确模拟,提出了一种基于分段仿射(PWA)辨识的数学建模方法.采用基于Gauss混合模型的统计数据聚类方法进行轮胎力学特性试验数据聚类,将原始试验数据划分为若干个子集;基于最小二乘算法进行仿射子模型参数估计;结合改进的近似支持向量机算法完成相邻仿射子模型间分界面系数矩阵的求解;将辨识...     

极限工况下无人驾驶车辆稳定跟踪控制

针对无人驾驶车辆在极限工况下跟踪控制精度和稳定性均难以保障的问题,提出一种纵横向稳定性综合协调控制方法。首先对无人驾驶车辆在摩擦极限下的速度进行规划,通过纵向加速度前馈和状态反馈控制器实现极限车速下的速度跟随。其次将预瞄前馈与人工势场反馈相结合设计了横向路径跟踪控制器。提出了基于期望与实际横摆角速度偏差的稳定性控制策略,优化纵向控制的驱动力矩。Simulink/Carsim联合仿真结果表明,所提出的纵横向协调稳定控制方法可在极限工况下改善无人驾驶车辆瞬态响应,抑制道路曲率突变处的超调量,减少路径跟随中的稳态误差,提高了无人驾驶车辆的轨迹跟踪精度和弯道运动过程中的横向稳定性。     

基于车辆动力学混合模型的智能汽车轨迹跟踪控制方法

基于机理分析的车辆动力学建模过程通常进行简化及假设,无法准确计算实际车辆在不同道路条件下的动力学变化,进而导致智能汽车轨迹跟踪控制精度低、不稳定等问题。鉴于此,本文中提出了一种基于混合建模技术的非线性建模与控制方法,构建机理分析-数据驱动的车辆动力学串联混合模型,车辆状态与控制数据经机理模型实现计算处理,级联合并后作为数据驱动模块的输入,长短时记忆网络作为主干网络实现时序数据的非线性关联特征提取和最终的模型输出计算。测试结果表明,该模型可以补充计算机理模型中的部分未建模动态并提高模型计算精度,且具有隐式理解不同路面附着条件的能力。其次,使用Euler积分完成对预测模型的离散化并设计模型预测控制轨迹跟踪算法,设计前馈反馈控制算法在实现车辆的纵向控制的同时提供横向控制中预测模型所需的外部输入,最终实现更符合实际行驶环境且更精准的轨迹跟踪控制效果。CarSim/Simulink联合仿真结果表明,该方法实现了不同道路附着系数下控制量精确输出,同步提升了智能汽车轨迹跟踪控制精度和稳定性,具有良好的横纵向协调控制效果。