基于齐次占优的电动汽车车道保持及侧向稳定性控制方法

作     者：慎智勇 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟庆华;杜瑞林

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0823[工学-交通运输工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：齐次占优 车道保持 侧向稳定性控制 Carsim/Simulink联合仿真 

摘      要：近年来,智能驾驶辅助系统成为技术热点。车道保持作为汽车安全领域的驾驶辅助系统之一,可以减少危险驾驶造成的交通事故,提高驾驶的安全性。虽然现有的车道保持技术可以实现车道保持的功能,但是存在修正车辆位姿响应时间长,抗外界干扰能力较弱等缺点。此外,汽车在高速行驶时车道保持主动控制容易发生车辆抖动、侧偏、失稳、失衡等情况,当前的车道保持控制方法在车辆稳定性控制方面仍然存在欠缺。本文在研究前人的科研成果后,针对车道保持主动控制时效滞后,车辆稳定性控制欠缺等问题,提出一种“基于齐次占优的四轮毂电机电动汽车车道保持及侧向稳定性控制方法,主要研究内容如下:(1)针对图像处理噪声多,处理维度单一,检测准确性误差大等问题,使用张氏图像矫正、Sobel边缘检测、透视变换及多项式曲线拟合等方法,计算出更为精确的横向偏移距离,且最大误差为12.76cm,平均误差为5.12cm。(2)针对汽车在行驶中车道保持控制响应滞后,抗干扰能力弱且高速行驶时主动控制会造成车辆侧偏以及失稳失衡等危险问题,搭建二自由度单车动力学模型,设计了齐次占优车道保持状态反馈控制器,分别进行固定横向偏移距离和带干扰信号的数值仿真。仿真结果表明齐次占优控制器反应迅速,响应时间短,抗干扰性强,且速度越大控制效果越明显,具有更强的收敛性和鲁棒性。(3)针对车辆在行驶时车道保持主动控制会造成车辆侧偏、失稳、失衡的问题,搭建车辆稳定性动力学模型,设计了齐次占优车辆稳定性输出反馈控制器。控制器通过计算稳定车辆需要的横摆力,然后对横摆力矩进行各轮扭矩最优分配,从而控制车辆稳定行驶。随后将其和滑模控制进行仿真对比,仿真结果表明齐次占优控制器在低中高速工况中控制效果表现更好,且在高速工况中控制效果更加迅速有力,对于干扰具有更强的压制力。(4)针对设计的控制器进行Carsim/Simulink联合仿真,在不同道路工况和不同车速下进行联合仿真,并和滑模控制器进行对比。为了更好的模拟驾驶员的真实情况,仿真时均设计减速工况。仿真结果表明,无论在哪种路况和工况下,齐次占优控制器的控制效果均优于滑模控制,具有更强的收敛性和鲁棒性。