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。     

视觉预瞄式智能车辆纵横向协同控制研究

针对智能车辆路径跟踪控制的高度非线性及纵横向运动控制的耦合性问题,结合视觉预瞄模型及模型预测控制理论提出了一种预瞄式MPC路径跟踪控制新方法。该方法首先对非线性预测模型进行局部线性化,将MPC最优化求解问题转化为二次规划问题。在每个控制时域内将纵向车速及预瞄距离视为已知,运用指数模型对纵向车速进行描述,并结合道路曲率及实际车速设计了预瞄距离发生器。仿真和试验结果表明:相较于传统MPC跟踪控制方法,本文中提出的预瞄式MPC控制方法在不同车速下均能减小跟踪过程中的横向偏差和方向偏差,提高了跟踪精度,且此提升效果在高速状态下更为明显。     

考虑发动机起停优化的PHEV能量管理策略

针对某新型双电机行星耦合插电式混合动力汽车(PHEV)中发动机在起停及怠速运行状态下会导致油耗增加的问题,基于等效燃油消耗最小能量管理策略,加入发动机起停优化控制模块,以进一步改善整车燃油经济性.建立了整车动力学和传动模型并加入发动机起停优化控制模块,对ECMS能量管理策略输出的发动机及电机最优目标转矩进行重新优化分配...     

主动悬架用直线电机模型预测推力控制

针对主动悬架用直线电机高精度与高效率的控制需求，充分研究直线电机以及主动悬架动力学特性，建立直线电机驱动模型与主动悬架二自由度参考模型。为了改善传统直线电机直接推力控制的动态性能，提出一种改进的模型预测推力控制方法。该方法将逆变器产生的7个非零电压矢量作为备选矢量，并融合预测模型来计算出控制周期内的电机运行状态参数，基于成本函数最小值原理挑选出最优电压矢量，并将其作用于逆变器产生驱动电机所需的电压。为了解决数字控制系统的固有问题，提出延时补偿技术，保证对电机能够进行实时控制；对于逆变器开关频率不固定而引起的开关损耗等问题，通过在成本函数中加入开关频率项，在选择最优电压矢量的同时还降低了逆变器的整流频率与开关损耗；另外为了提高电机推力的效率以及减小推力与磁链波动，提出最大推力电流比与占空比优化控制技术，提高直线电机的动态控制性能。基于MATLAB/Simulink与dSPACE联合仿真，并搭建直线电机与主动悬架硬件测试平台，对所提出的控制方法进行验证，同时对主动悬架系统的动力学性能也进行了仿真与试验测试。试验结果表明：相较于传统的直接推力控制，所提出的控制策略使电机能够拥有更快的稳态速度、更小的电磁力与磁链波动以及更低的开关频率；各工况下，轮胎动载荷试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为12.3%、4.47%、6.3%；悬架动行程试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为10.3%、8.86%、10.6%；车身加速度试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为6.23%、9.12%、7.2%。由计算结果可知，各评价指标的相对误差均在13%以内，验证了仿真结果的正确性，证明了模型预测推力控制对于提升电机与悬架动力学性能的有效性，能够实现对车辆悬架系统全局工况性能最优，协调控制悬架系统的动力学性能。     

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。     

多模式机液复合传动装置设计方案分析

液压传动柔性特征适用于起步工况，机液传动高效无级调速特征适用于作业工况，机械传动高效变速特征适用于转场工况。分析集液压传动、机液传动和机械传动为一体的多模式机液复合传动装置的设计思路在汽车工程上具有理论研究意义和实际应用价值。研究了机液复合传动的功率流传递机理，分析了换挡机构处于功率分流机构、复合传动机构、功率汇流机构和后置换挡机构一处或多处时，分段式机液传动装置各自的性能特征。研究结果表明：功率分流传动方式多适用于中小功率车辆，且马达转矩与传动装置输出转矩比值保持不变；功率汇流传动方式多适用于大功率车辆，使小功率液压件传递大功率成为可能，并能够在输出端起到减速增矩的效果；功率分流和功率汇流互换的传动方式可通过控制行星齿轮双接口及后置换挡机构，保证机液复合传动在不同速度分段中的高效运行；当换挡机构在行星齿轮之间时，可在2个不同区段改变行星齿轮机构的特性参数，使得在整个工作区范围内保持合理的功率配额；当采用多段式行星齿轮功率汇流传动方式时，后置换挡机构扩大了传动装置转速和转矩的覆盖范围。根据上述5类机液传动设计思路，提出对应的多模式机液复合传动装置设计方案。以一款用于扫地车的机液复合传动装置为研究对象，进行运动学和动力学分析，确定相关参数，绘制调速曲线和效率特性曲线，并对其挡位切换优化问题做了简要介绍。该方案充分利用液压传动的无级调速性能和机械传动的高效变速性能，较好地满足了车辆起步、作业和转场工况的要求。     

分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转矩处于电机效率Map图中的高效区;建立侧重提高电机响应速度的目标函数,减小转矩分配瞬间电流波动过大带来的能耗;基于模糊理论设计以电机效率为变量的权重函数,实时调节权重来协调2种目标函数,提出一种转矩节能优化分配方法,得到最优的轴间转矩分配系数。在后轴驱动、平均分配、优化分配3种分配方式下进行整车能耗的ECE城市循环工况对比仿真分析。结果表明：提出的节能优化分配方法通过实时优化驱动电机的转矩,避免了电机工作在转矩过大和过小的低效区,提高了整个驱动系统的能量利用率,相比于后轴驱动和平均分配整车能耗效率提高了5.91%和10.54%;实车试验验证了转矩节能优化分配算法的节能效果,优化分配相比另外2种分配方式整车能耗效率分别提高了3.66%和8.58%。     

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。