【摘要】：電動(dòng)、智能汽車是融入未來(lái)交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,要實(shí)現(xiàn)汽車的全自動(dòng)駕駛,路徑或者軌跡跟蹤控制是核心技術(shù)之一。電動(dòng)汽車是自動(dòng)駕駛技術(shù)最好的架構(gòu),其中輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車由于能夠?qū)崿F(xiàn)多種動(dòng)力學(xué)靈活控制且更加高效、節(jié)能而成為電動(dòng)汽車重要的研究方向。本文結(jié)合輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)差動(dòng)控制與主動(dòng)轉(zhuǎn)向優(yōu)勢(shì),進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車的軌跡跟蹤與協(xié)調(diào)控制研究。首先,研究自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)模型與主動(dòng)轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制方法�；谲囕v動(dòng)力學(xué)和輪胎模型進(jìn)行了模型預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì),并結(jié)合約束條件和優(yōu)化目標(biāo),研究了標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃最優(yōu)求解的問(wèn)題。通過(guò)搭建CarSim與Simulink聯(lián)合仿真模型,進(jìn)行了雙移線工況下軌跡跟蹤算法的仿真驗(yàn)證;仿真結(jié)果表明,模型預(yù)測(cè)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡跟蹤任務(wù)并保證了行駛穩(wěn)定性。當(dāng)車輛運(yùn)動(dòng)在速度較高且軌跡復(fù)雜條件下時(shí),固定預(yù)瞄時(shí)間駕駛員模型往往難以完成駕駛?cè)蝿?wù),因此對(duì)預(yù)瞄時(shí)間自適應(yīng)控制進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了基于軌跡偏差和道路曲率的模糊控制器,控制模型預(yù)測(cè)控制器的預(yù)瞄步長(zhǎng)自適應(yīng)變化,通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)預(yù)瞄時(shí)間自適應(yīng)控制提高了車輛軌跡跟蹤精度并保證了行駛穩(wěn)定性。其次,考慮輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)差動(dòng)控制條件下,研究自動(dòng)駕駛汽車軌跡跟蹤的協(xié)調(diào)控制。針對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車能夠?qū)崿F(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩獨(dú)立控制,并能通過(guò)差動(dòng)控制產(chǎn)生滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的特點(diǎn),提出了差動(dòng)控制軌跡跟蹤策略;利用變參數(shù)PID控制算法對(duì)左右輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,使車輛產(chǎn)生滑動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)對(duì)參考軌跡的跟蹤。由于車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)控制都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)參考軌跡的跟蹤,因此提出了主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)控制協(xié)調(diào)的軌跡跟蹤策略,研究了權(quán)重系數(shù)對(duì)軌跡跟蹤的影響,并確定了權(quán)重系數(shù)的取值范圍;通過(guò)仿真試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),協(xié)調(diào)控制策略能夠提高車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)速率并對(duì)軌跡跟蹤進(jìn)行補(bǔ)償,在車速30km/h、45km/h以及60km/h時(shí)軌跡偏差均方根值的改善率分別為14.2%、15.9%和18.0%,說(shuō)明協(xié)調(diào)控制能夠提高對(duì)參考軌跡跟蹤的準(zhǔn)確性。最后,為了驗(yàn)證協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤的可行性,進(jìn)行了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)。搭建了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車,對(duì)車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改裝,安裝了GPS/INS、轉(zhuǎn)速、電流以及轉(zhuǎn)向角等傳感器,基于D2P快速原型開(kāi)發(fā)了整車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛的自主行駛以及軌跡跟蹤。進(jìn)行了變道和雙移線工況下主動(dòng)轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤和協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤的道路實(shí)驗(yàn),所設(shè)計(jì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)參考軌跡的跟蹤任務(wù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤策略具有較好的可行性和適應(yīng)性,能夠有效提高車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)并改善了自動(dòng)駕駛汽車的軌跡跟蹤精度。
【圖文】：

行駛軌跡作為軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)的參考軌跡，搭建整車控制策略、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略和協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤策略，進(jìn)行實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，，驗(yàn)證協(xié)調(diào)控制策略的效果以及適應(yīng)性。對(duì)上述研究?jī)?nèi)容，提出本文研究的技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

圖 2.1 車輛動(dòng)力學(xué)模型Fig. 2.1 vehicle dynamics model.運(yùn)動(dòng)中主要研究車輛縱向、橫向和橫擺運(yùn)動(dòng)，因此需 x 軸，y 軸以及 z 軸的運(yùn)動(dòng)方程。車輛縱向動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式為：xflxfrxrlxrrm x my F F F F車輛橫向動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式為：yflyfryrlyrrm y mx F F F F車輛橫擺動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式為：()2()()yflyfryrlyrrxflxfrxrlxrrFFFFc aF F bF F 輪胎受到的 x 方向的力；Fyij為前后輪胎受到的 y 方、b 分別為質(zhì)心到前、后軸的距離；c 為左右輪輪距
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2631615