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考虑驾驶风格的车辆避障控制系统

浙江大学学报（工学版） 2024年第7期58卷 1377-1386,1396页

作者：李攀周兵柴天邓园潘倩兮吴晓建湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082 舍弗勒智能驾驶科技(长沙)有限公司湖南长沙410036 南昌大学先进制造学院江西南昌330031

传统避障控制系统设计未考虑不同驾驶员的偏好,导致驾驶员对系统的接受度不高,为此提出融入驾驶风格量化的避障控制系统.采集多名熟练驾驶员的驾驶数据进行风格聚类,训练出基于支持向量机的分类器,实现对驾驶风格的在线识别.设计考虑驾... 详细信息

传统避障控制系统设计未考虑不同驾驶员的偏好,导致驾驶员对系统的接受度不高,为此提出融入驾驶风格量化的避障控制系统.采集多名熟练驾驶员的驾驶数据进行风格聚类,训练出基于支持向量机的分类器,实现对驾驶风格的在线识别.设计考虑驾驶风格的避障控制系统,将避障过程分为转向避障和恢复稳定2个阶段.在转向避障阶段,控制器通过跟踪相应驾驶风格对应的最大侧向加速度进行避障;在恢复稳定阶段,控制器控制车辆进行相邻车道中心线跟踪.综合考虑车辆的避障安全性和横摆稳定性,将直接横摆力矩控制子系统加入所提系统.构建系统仿真模型,分析不同驾驶风格下控制器避障操作和车辆状态响应的异同.开展驾驶员主观感受的问卷调查,结果表明,相较于传统避障控制系统,驾驶员对所提系统的接受度提升了16.58%.

关键词：驾驶风格机器学习转向避障横向控制主观评价

多源干扰下的智能车模型预测纵向运动抗干扰控制

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汽车工程 2024年第10期46卷 1816-1828,1919页

作者：张忠吴晓建江会华张超万宇康南昌大学先进制造学院南昌330031 江铃汽车股份有限公司南昌330052

智能车纵向运动控制面临模型失配和外部环境变化等多源干扰,影响速度跟踪的精确性,本文针对性提出一种结合扰动观测和模型预测控制(model predict control,MPC)算法的纵向运动抗干扰控制方法。首先,根据车辆纵向动力学模型分析车辆纵向... 详细信息

智能车纵向运动控制面临模型失配和外部环境变化等多源干扰,影响速度跟踪的精确性,本文针对性提出一种结合扰动观测和模型预测控制(model predict control,MPC)算法的纵向运动抗干扰控制方法。首先,根据车辆纵向动力学模型分析车辆纵向加速度与各项作用力之间的关系,然后将其简化为含多源干扰的质点运动型并设计模型预测控制器作为上层控制器。其次,针对内部未建模动态干扰及外部随机干扰,设计线性扩张状态观测器(linear extended state observe,LESO)进行实时估计,并通过前馈环节实施补偿,且分析了MPC闭环稳定性和LESO收敛性,最终形成扰动补偿和状态反馈的模型预测最优调节控制律。进一步地,为确保控制策略的高效执行,提出1阶自抗扰控制器作为下层控制器,将期望加速度转换为发动机转矩,从而实现对车速的闭环控制。最后,将算法部署在车载微控制单元(microcontroller unit,MCU)上,在多个速度和道路工况下进行实车测试。实验结果表明,所提出的策略可以快速且精确跟踪目标车速,具备良好的抗干扰能力。

关键词：智能汽车纵向速度跟踪抗干扰控制模型预测控制扩张状态观测器

面向结构化道路的智能驾驶轨迹规划一致性研究

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汽车工程 2024年第3期46卷 383-395,430页

作者：吴晓建廖平伟雷耀江会华王爱春胡家琦南昌大学先进制造学院南昌330031 江铃汽车股份有限公司南昌330001 南昌航空大学测试与光电工程学院南昌330038 比亚迪股份有限公司深圳518119

智能车在动态环境中的轨迹规划须具备良好的舒适性及安全性,离散采样轨迹规划算法具有实时性高、多目标最优等优点而被广泛研究和应用,但在仿真及实车测试中发现,典型的基于多项式优化求解的离散采样局部轨迹规划结果在换道等瞬态过程... 详细信息

智能车在动态环境中的轨迹规划须具备良好的舒适性及安全性,离散采样轨迹规划算法具有实时性高、多目标最优等优点而被广泛研究和应用,但在仿真及实车测试中发现,典型的基于多项式优化求解的离散采样局部轨迹规划结果在换道等瞬态过程存在一致性较差的问题。本文针对性提出一种考虑一致性评价的“拼接+强规划”轨迹规划算法。具体而言,根据自车状态截取历史轨迹为当前周期拼接轨迹,结合拼接轨迹和轨迹末状态采样点生成基于多项式的候选轨迹簇作为轨迹强规划阶段,再基于轨迹横向偏差设计轨迹一致性评价函数以从轨迹簇中选取较高一致性的最优行驶轨迹。经仿真和真实道路场景实车验证,表明所提出的轨迹规划方法在满足轨迹安全性、平顺性、舒适性要求的基础上提高了智能驾驶车辆行驶轨迹的整体一致性。

关键词：智能驾驶局部轨迹规划轨迹一致性避障

基于超螺旋滑模及前馈补偿的智能车侧向运动控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 151-162页

作者：吴晓建张明华王爱春关龙新江会华彭晨若南昌大学先进制造学院江西南昌330031 江铃汽车股份有限公司江西南昌330001

智能车路径跟踪控制受到车辆参数摄动、场景多变等干扰,影响路径跟踪精确性,甚至引起控制系统不稳定.本文设计了考虑不确定性的二阶超螺旋滑模鲁棒控制算法,证明了控制系统的收敛性,并针对干扰问题设计了前馈补偿控制器以进一步提升控... 详细信息

智能车路径跟踪控制受到车辆参数摄动、场景多变等干扰,影响路径跟踪精确性,甚至引起控制系统不稳定.本文设计了考虑不确定性的二阶超螺旋滑模鲁棒控制算法,证明了控制系统的收敛性,并针对干扰问题设计了前馈补偿控制器以进一步提升控制系统的精确性.通过Carsim-Simulink联合仿真环境下的双移线、正弦路径跟踪控制,以及参数摄动情况下的路径跟踪控制,与传统一阶滑模控制对比,验证了所设计的超螺旋滑模控制器路径跟踪的精确性及鲁棒性.结果表明,面对智能车辆参数不确定、驾驶场景多变等情况,采用超螺旋滑模算法比传统滑模算法具有更好的鲁棒性和跟踪精度,超螺旋算法能有效地减弱传统滑模算法产生的方向盘抖振问题.最后,利用实车平台对进行了低速大曲率场景测试,验证所设计的超螺旋滑模算法控制器具有良好的路径跟踪精度.

关键词：智能车路径跟踪鲁棒性超螺旋滑模算法前馈补偿

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运用路径动态预览模型的低速智能汽车侧向跟踪控制研究

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机械科学与技术 2024年第1期43卷 141-149页

作者：王丽娟关龙新张明华时乐泉王爱春吴晓建南昌大学机电工程学院南昌330031 江铃汽车股份有限公司南昌330001

采用速度自适应的动态预瞄距离是提高智能车侧向跟踪控制效果的有效办法。针对目前基本采用基于当前车速的预瞄距离自适应策略,提出一种结合规划路径和规划速度信息的动态预瞄距离跟踪控制算法以提高智能车在低速侧向跟踪控制的精确性... 详细信息

采用速度自适应的动态预瞄距离是提高智能车侧向跟踪控制效果的有效办法。针对目前基本采用基于当前车速的预瞄距离自适应策略,提出一种结合规划路径和规划速度信息的动态预瞄距离跟踪控制算法以提高智能车在低速侧向跟踪控制的精确性。本文以几何学纯跟踪算法为基础,推导了前行和倒车时的侧向跟踪控制律;依据实时规划的路径和速度信息,设计了预瞄距离动态调整方法,最终获取具有速度自适应性的前视距离-车辆前轮转角关系。最后,在CarSim-MATLAB/Simulink联合仿真环境下验证了算法的有效性和准确性,并通过实车测试,验证了所提出的方法较基于动力学模型的LQR算法具有更低计算消耗和更高跟踪精度。

关键词：智能汽车侧向跟踪动态预瞄距离仿真与实车验证

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基于改进纯跟踪的低速智能汽车路径跟踪控制

科学技术与工程 2024年第25期24卷 10983-10992页

作者：刘卫东张超江会华关龙新曹天恒张忠吴晓建同济大学汽车学院上海201804 江铃汽车股份有限公司南昌330001 大连理工大学汽车工程学院大连116024 南昌大学先进制造学院南昌330031

传统纯跟踪控制器在面向实际应用时往往难以较好地处理传感器信号延时、执行器响应滞后等因素带来的控制滞后问题以及欠缺内外部扰动干预下的自主抗干扰能力;同时在跟踪临近终点的目标点时,因前视距离作为控制律的分母且逐渐减小,导致... 详细信息

传统纯跟踪控制器在面向实际应用时往往难以较好地处理传感器信号延时、执行器响应滞后等因素带来的控制滞后问题以及欠缺内外部扰动干预下的自主抗干扰能力;同时在跟踪临近终点的目标点时,因前视距离作为控制律的分母且逐渐减小,导致输入转角值发生突变且伴随方向盘出现不稳定地晃动现象,影响行驶稳定性及人员乘坐体验感。针对此,提出了一种基于改进纯跟踪的路径跟踪控制器。首先,构建了纯跟踪控制器的基础模型并为改善纯跟踪控制的滞后影响,建立了一种结合规划路径和规划速度信息的道路预瞄模型。然后考虑系统因内部及外部环境影响产生的未知干扰并设计非线性扩张状态观测器(nonlinear expanded state observer,NESO)进行扰动估计及实时补偿,以提升纯跟踪控制器的抗干扰能力。并进一步通过转向稳定调节模型以改善纯跟踪控制器临近终点时的转角突变问题。最终,基于软件在环动力学仿真平台以不同初始航向及存在初始偏差工况下测试所提控制器的有效性,并进一步在实车平台进行闭环测试验证,实验结果表明改进的纯跟踪算法具有良好的跟踪精度和转向平顺性。

关键词：智能汽车路径跟踪改进纯跟踪道路预瞄非线性扩张状态观测器抗干扰

融合状态观测及优化方法的纯侧偏轮胎模型辨识

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振动与冲击 2020年第13期39卷 84-90页

作者：邱香吴晓建周兵江西科技学院协同创新中心南昌330098 南昌大学机电工程学院南昌330031 湖南大学汽车车身先进制造国家重点实验室长沙410082

针对目前轮胎模型辨识大多基于轮胎力、轮胎侧偏角等数据已知或可测假设的局限,提出一种基于车载传感器和整车操稳性试验的魔术公式轮胎纯侧偏模型辨识方法。该方法融合状态观测与优化思想,首先构建无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Fil... 详细信息

针对目前轮胎模型辨识大多基于轮胎力、轮胎侧偏角等数据已知或可测假设的局限,提出一种基于车载传感器和整车操稳性试验的魔术公式轮胎纯侧偏模型辨识方法。该方法融合状态观测与优化思想,首先构建无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)状态观测系统对轮胎模型特征参数进行初步估计,而后将参数识别转换为优化问题,由UKF状态观测系统为粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法提供初值,且将UKF估计结果与魔术公式轮胎纯侧偏模型参数灵敏度分析结果相结合,为PSO算法提供搜索区间,进一步获取更精确辨识结果。Simulink仿真及不同侧向加速度下的Simulink-Carsim联合仿真结果共同表明,车辆侧向加速度达到一定程度使轮胎进入非线性域后,所提出的辨识方法能够获得较准确的辨识效果。

关键词：魔术公式轮胎模型参数辨识状态观测无迹卡尔曼滤波粒子群优化

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扭力梁横梁结构参数对模态频率的影响分析

湖南大学学报（自然科学版） 2018年第10期45卷 17-23页

作者：周兵李泉辉吴晓建湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

作为扭力梁的关键组成部分,横梁对扭力梁模态频率有着重要影响,为从本质上探究横梁结构大变形下对模态频率的作用机理,以在概念设计阶段为扭力梁结构提供设计参考,开展了扭力梁横梁结构参数对模态频率的影响分析.将扭力梁模型抽象为具... 详细信息

作为扭力梁的关键组成部分,横梁对扭力梁模态频率有着重要影响,为从本质上探究横梁结构大变形下对模态频率的作用机理,以在概念设计阶段为扭力梁结构提供设计参考,开展了扭力梁横梁结构参数对模态频率的影响分析.将扭力梁模型抽象为具有定性特点的简化模型,采用Hypermesh建立了相应有限元模型;选取横梁水平位置、开口方向以及开口角度大小等横梁主要参数作为研究对象,采用Hypormorph网格变形以及模型重建的方法改变横梁结构参数,分析了这些参数对扭力梁扭转以及垂直弯曲模态频率的影响规律,得到了以上横梁参数与相关模态频率的特性关系曲线.结果表明:扭力梁模态频率随着横梁开口角度的增大呈线性递减,随着横梁开口方向的改变其各阶模态频率呈正弦变化,以及横梁在远离衬套后会使扭力梁各阶模态频率呈下降趋势.根据扭力梁作用机理分析上述结论,对扭力梁简化模型进行了优化,在不改变横梁质量的情况下,仅优化上述三项横梁结构参数即可较大幅度提高扭力梁模态频率,有效论证了作用机理分析的准确性.

关键词：扭力梁模态频率网格变形横梁结构参数

考虑作动器动力学的半车主动互联悬架抗侧倾控制研究

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振动与冲击 2017年第12期36卷 150-154页

作者：吴晓建周兵文桂林湖南大学汽车车身先进制造国家重点实验室长沙410082

为提高车辆的侧倾稳定性及抗侧翻能力,开展了考虑液压作动器动力学特性的主动互联悬架控制研究。首先建立了主动液压互联悬架动力学模型及液体连续方程,然后以车身侧倾角为控制目标,采用backstepping非线性控制方法完成了抗侧倾控制器... 详细信息

为提高车辆的侧倾稳定性及抗侧翻能力,开展了考虑液压作动器动力学特性的主动互联悬架控制研究。首先建立了主动液压互联悬架动力学模型及液体连续方程,然后以车身侧倾角为控制目标,采用backstepping非线性控制方法完成了抗侧倾控制器设计及其稳定性分析,通过构造控制目标跟踪函数使控制系统平稳过渡并追踪期望的侧倾角度。角阶跃转向工况抗侧倾模拟分析表明:所设计的控制系统能使车身侧倾角跟踪期望的角度值,有效控制车身侧倾姿态,降低载荷转移率,提高抗侧倾性能及侧翻极限;同时,主动互联抗侧倾控制还能有效改善悬架动挠度及车轮动载,综合提升车辆性能。

关键词：液压互联悬架抗侧倾主动控制作动器动力学反演法