高速行驶工况下智能车辆转向系统混杂控制研究

作     者：许凯 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈无畏

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：高速工况 混杂系统 车道保持 换道辅助 稳定性监督器 

摘      要：随着智能汽车技术的飞速发展,无人驾驶离我们越来越近。高级驾驶辅助系统（ADAS）及多系统的集成技术是智能车辆发展的一个重要阶段,使之成为研究的热点。高速公路交通事故具有涉及车辆多、人员伤亡严重、财产损失大的特点,车辆偏离行驶的车道和驾驶员换道操作不当引起的事故在高速公路交通事故中占有很大的比重。因此,为了减少高速公路交通事故的发生,提高车辆的安全性,本文着眼于高速工况下转向系统的阻尼模式、车道保持模式、换道模式及各个模式之间切换的稳定性控制研究。论文首先介绍了车道保持系统和换道辅助系统国内外高校及企业的研究现状,同时简单介绍了本文的研究内容。分别搭建了主动转向系统模型、车辆-道路参考模型、轨迹预测与神经肌肉系统相结合的驾驶员模型,为后续研究打下基础。对高速工况下转向系统工作特性进行分析,说明了采用混杂系统理论对转向系统进行建模的必要性,进而提出了一种基于混杂系统理论的转向系统多模式切换控制策略。采用跨道时间（TLC）与安全距离作为混杂系统的离散事件部分,并从转向系统各个工作模式的性能要求出发,分别设计了阻尼模式、保持模式、换道模式控制器。阻尼模式基于车速反馈与方向盘转速反馈设计了阻尼转矩,提高了车辆高速行驶时的路感;考虑到采用最优预瞄驾驶员模型设计车道保持控制器时,存在超调等问题,本文在设计车道保持模式控制器时,对线性二自由度车辆模型进行改进,引入了一种预瞄点处侧向偏差指数衰减模型,不但有效地防止了超调,而且减少了车辆回到车道中心线的时间;换道模式则利用模型预测控制算法,加入多个约束,保证了车辆换道过程的稳定性,同时提高了车辆的换道速度。分别从轮胎的角度和混杂系统的角度设计了分级递阶结构的稳定性监督器,保证了转向系统在各个模式之间切换的稳定性。搭建了基于CarSim/LabVIEW的车辆横向驾驶辅助系统硬件在环试验平台,在CarSim/Simulink联合仿真平台及CarSim/LabVIEW硬件在环测试平台上验证了本方法的有效性,和切换过程的稳定性。