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自适应预测时域参数MPC车辆轨迹跟踪控制

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第2期38卷 99-108页

作者：吴长水高绍元上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

为提升无人车辆在不同车速下轨迹跟踪控制的精度和稳定性,对传统定预测时域模型预测控制(MPC)控制器进行优化处理,提出了一种基于自适应预测时域参数MPC的车辆轨迹跟踪控制策略。通过灰色关联法确定不同目标车速工况下的MPC最优预测时... 详细信息

为提升无人车辆在不同车速下轨迹跟踪控制的精度和稳定性,对传统定预测时域模型预测控制(MPC)控制器进行优化处理,提出了一种基于自适应预测时域参数MPC的车辆轨迹跟踪控制策略。通过灰色关联法确定不同目标车速工况下的MPC最优预测时域参数,使用傅里叶逼近法对预测时域参数拟合,结合车辆动力学模型和MPC算法得到可随车速变化预测时域参数的半经验模型。该模型可根据车辆轨迹跟踪目标车速的变化选择相对最优预测时域。通过仿真对比试验和实车测试,结果表明:自适应预测时域参数MPC控制器在减少轨迹跟踪误差的同时提升了求解速度,其横摆角偏差均值降低14.7%,横向偏差均值降低21.7%,同时控制器对不同的目标车速工况也具有较强的适应性。

关键词：参数自适应模型预测控制轨迹跟踪车辆控制

基于加权变时域MPC的无人车辆轨迹跟踪控制

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上海工程技术大学学报 2024年第2期38卷 123-131页

作者：高绍元吴长水上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

为提高无人车辆轨迹跟踪的准确性和稳定性,提出一种基于加权变时域模型预测控制(MPC)的车辆运动控制方法。通过灰色关联分析法确定不同速度工况下的最优时域,使用傅里叶逼近法对时域参数进行拟合,将控制器计算时间作为权重系数,得到时... 详细信息

为提高无人车辆轨迹跟踪的准确性和稳定性,提出一种基于加权变时域模型预测控制(MPC)的车辆运动控制方法。通过灰色关联分析法确定不同速度工况下的最优时域,使用傅里叶逼近法对时域参数进行拟合,将控制器计算时间作为权重系数,得到时域参数随车速变化的加权变时域MPC半经验模型。该模型可根据车辆轨迹跟踪速度的变化选择相对最优时域,提升控制器在不同车速下跟踪的精度和稳定性。选取50和100 km/h为代表车速,对传统定时域MPC控制器和加权变时域MPC控制器的控制效果仿真对比。结果表明:加权变时域控制器有效提升了控制器跟踪性能,最大横向偏差降低1.98%,最大横摆角偏差降低60%,控制器求解时间减少7.2%,同时对不同的目标车速工况也有较强的适应性。

关键词：无人车辆加权变时域模型预测控制轨迹跟踪

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基于功能安全的汽车EPS系统安全冗余研究

上海工程技术大学学报 2024年第1期38卷 23-29页

作者：曹子健吴长水陈礼上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海衡鲁汽车科技有限公司上海201800

电动助力转向(electric power steering,EPS)系统是车辆常用的转向执行器,其失效将严重影响驾乘人员的安全。为提高EPS系统的安全性与可靠性,基于功能安全标准建立EPS系统安全冗余机制:基于ISO26262对EPS系统进行研究,通过相关项定义、... 详细信息

电动助力转向(electric power steering,EPS)系统是车辆常用的转向执行器,其失效将严重影响驾乘人员的安全。为提高EPS系统的安全性与可靠性,基于功能安全标准建立EPS系统安全冗余机制:基于ISO26262对EPS系统进行研究,通过相关项定义、危害分析与风险评估(HARA),得到系统的功能安全目标与需求,并对其进行分配;设计EPS系统架构、容错机制,以提高系统的安全性;最后,对所设计的安全冗余机制进行台架试验。结果表明,在单侧桥驱芯片故障、单侧电机位置传感器故障、双侧电机位置传感器故障等故障注入的情况下,系统能够实现预期响应,满足功能安全目标,验证了所设计安全冗余机制的有效性。

关键词：电动助力转向系统功能安全系统架构故障注入

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高级辅助驾驶系统主动安全性评价方法

汽车安全与节能学报 2023年第1期14卷 62-68页

作者：王银亭吴长水上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600

为满足高级辅助驾驶系统主动安全性的多方面评价需求,该文提出了一种基于裕度与不确定性量化(QMU)的高级辅助驾驶系统主动安全性评价方法。结合QMU基本工作原理制定了适用于高级辅助驾驶系统主动安全性的评价体系及评价流程,利用序关系... 详细信息

为满足高级辅助驾驶系统主动安全性的多方面评价需求,该文提出了一种基于裕度与不确定性量化(QMU)的高级辅助驾驶系统主动安全性评价方法。结合QMU基本工作原理制定了适用于高级辅助驾驶系统主动安全性的评价体系及评价流程,利用序关系分析法(G1)确定评价指标的权重系数,使用模糊综合评价方法得到综合评价结果;在封闭测试场地对高级辅助驾驶系统的自动紧急制动(AEB)功能进行测试评价。结果表明:测试车车速、加速度、与目标车的距离、方向盘转角速度的评价结果分别为3.6601、2.6704、1.7678、1.8192,综合结果为2.702;该评价方法弥补了单指标评价结果横向对比的缺失,客观地量化了高级辅助驾驶系统主动安全性的纵向评价结果。

关键词：主动安全高级辅助驾驶评价方法裕度与不确定性(QMU)

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低精度IMU与GPS组合导航系统研究

机械科学与技术 2023年

作者：袁林吴长水上海工程技术大学机械与汽车工程学院

国内对农业车辆组合导航系统的研究相对比较晚，为提高农机自动导航系统的精度和准确性，本文针对低精度IMU的测量误差比较大，滤波模型的非线性的问题设计了基于GPS和INS的智能农机组合导航系统。该方法以低精度IMU/GPS紧组合模式为框... 详细信息

国内对农业车辆组合导航系统的研究相对比较晚，为提高农机自动导航系统的精度和准确性，本文针对低精度IMU的测量误差比较大，滤波模型的非线性的问题设计了基于GPS和INS的智能农机组合导航系统。该方法以低精度IMU/GPS紧组合模式为框架，推导出系统状态方程和量测方程，利用扩展卡尔曼滤波算法对INS的误差进行实时反馈校正，最后搭建实车试验平台，在低速场景下对本文提出的自动导航系统进行验证。试验结果表明：本文提出的紧组合系统较松组合系统在经度、纬度、北向速度、东向速度误差(标准差)上分别降低了24%，47%，50%，54%，证明了该组合方式能有效抑制导航误差发散；而EKF相较于KF算法也有效地改善了导航精度，提升了滤波效果。

关键词： GPS 低精度IMU 紧组合系统扩展卡尔曼滤波

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主动进气格栅电控系统故障诊断策略

汽车安全与节能学报 2023年第1期14卷 118-124页

作者：曹子健吴长水陈礼上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600 上海衡鲁汽车科技有限公司上海201800

主动进气格栅(AGS)是当前提高汽车燃油经济性的一种重要技术手段,为提高其可靠性与稳定性,该文提出了一种应用于其电控系统的故障诊断策略。基于AGS电控系统软件架构,设计了4类故障诊断机制进行故障诊断,并提出相应的故障保护措施;设计... 详细信息

主动进气格栅(AGS)是当前提高汽车燃油经济性的一种重要技术手段,为提高其可靠性与稳定性,该文提出了一种应用于其电控系统的故障诊断策略。基于AGS电控系统软件架构,设计了4类故障诊断机制进行故障诊断,并提出相应的故障保护措施;设计了格栅挡点位置自适应算法,消除因器件老化故障以及长期小角度、高频次状态下运转带来的误差累积,减少诊断过程中的故障误报;基于自主开发的台架进行故障注入试验与故障误报测试试验,验证了所设计的故障诊断策略。结果表明:该文所设计的故障诊断策略能够快速、准确识别故障并进行分级处理,保证正常运行过程中的格栅开度误差范围为限值5°,提高了整个系统运行的可靠度。

关键词：主动进气格栅软件架构故障诊断故障注入

基于改进快速探索随机树的复杂环境垂直泊车路径规划

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汽车技术 2022年第7期 42-47页

作者：徐远征吴长水上海工程技术大学上海201620

针对车位狭窄、不规范停车带来的泊车困难问题,提出了一种基于改进快速探索随机树(RRT)的垂直泊车路径规划算法。为加快路径规划速度、提高规划质量,引入逆向树调整RRT目标点,使用高斯分布采样法及偏向性采样法进行融合采样,使用Reeds-S... 详细信息

针对车位狭窄、不规范停车带来的泊车困难问题,提出了一种基于改进快速探索随机树(RRT)的垂直泊车路径规划算法。为加快路径规划速度、提高规划质量,引入逆向树调整RRT目标点,使用高斯分布采样法及偏向性采样法进行融合采样,使用Reeds-Shepp(RS)曲线加快路径规划速度,并基于RS曲线进行了路径平滑优化。最后通过MATLAB仿真并与RRT及基于目标偏好的RRT(Goal-biasing RRT)进行比较,平均规划时间分别缩短52.3%与41.7%,路径代价分别减小17.7%与13.9%,证明了算法的有效性。

关键词：垂直泊车路径规划改进RRT算法高斯分布采样 Reeds-Shepp曲线

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冗余电动助力转向系统的故障容错机制研究

机械科学与技术 2023年

作者：王纪为何德管吴长水上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海衡鲁汽车科技有限公司

为了实现SAE L3/L4级别的自动驾驶目标，EPS产品应该满足ASIL D级别的功能安全标准，因此EPS需要更加可靠的冗余方案。本文从硬件冗余的角度设计满足ASIL D功能安全等级要求的电动助力转向系统架构；基于冗余电动助力转向架构进一步建立... 详细信息

为了实现SAE L3/L4级别的自动驾驶目标，EPS产品应该满足ASIL D级别的功能安全标准，因此EPS需要更加可靠的冗余方案。本文从硬件冗余的角度设计满足ASIL D功能安全等级要求的电动助力转向系统架构；基于冗余电动助力转向架构进一步建立EPS系统相应的故障等级以及故障容错机制；最后基于EPS台架对关键器件进行故障注入试验。试验结果表明：A级故障或B级故障发生时，电机仍能提供转向助力。C级故障发生时，转向系统助力被切断。故障发生后，EPS系统均能按照所设计的故障容错机制进行故障处理，验证了故障容错机制的有效性。

关键词：容错机制冗余设计故障等级转向系统

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垂直泊车路径跟踪控制研究

智能计算机与应用 2022年第10期12卷 86-91页

作者：徐远征吴长水上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

自动泊车控制系统的好坏对泊车成功率具有重要影响,本文以垂直车位为研究对象,提出了一种基于模糊PID算法与模型预测控制算法(MPC)的自动泊车联合控制算法。首先建立了车辆运动学模型,设置了泊车碰撞约束,并在此基础上进行无碰撞路径规... 详细信息

自动泊车控制系统的好坏对泊车成功率具有重要影响,本文以垂直车位为研究对象,提出了一种基于模糊PID算法与模型预测控制算法(MPC)的自动泊车联合控制算法。首先建立了车辆运动学模型,设置了泊车碰撞约束,并在此基础上进行无碰撞路径规划;然后建立模糊PID算法并调节相应参数,控制车辆纵向速度恒定,继而建立MPC算法控制车辆的横向角度。最后使用Simulink搭建相应的控制算法模型并与Carsim进行联合仿真分析。仿真结果表明:本文提出的联合控制算法具有较高的控制精度,其中偏航角误差控制在0.057 m以内,横向偏差的绝对值控制在0.08 m以内,能够满足垂直泊车对车辆控制的要求。

关键词：垂直泊车模糊PID算法 MPC算法路径跟踪控制