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汽车纵向主动避撞系统的研究

侯德藻  
【摘要】:道路交通事故是现代社会的一大公害,与之相关的先进安全技术研究日益受到重视。基于智能交通系统的汽车主动避撞系统是先进安全技术的一项重要内容,国内外相继开展了相关的研究,但迄今为止在该技术领域还存在许多尚未解决的问题。对汽车主动避撞系统所涉及的相关理论及技术问题进行研究,对于提高道路交通的安全水平,降低交通事故发生率,促进智能交通系统在我国的发展及实现具有重要意义。本文以汽车纵向主动避撞系统为研究对象,以车辆动力学及控制理论为基础,对汽车纵向主动避撞系统功能实现所涉及的车辆动力学建模与控制、行车安全距离模型、实际交通环境中目标车辆识别及运动信息获取、实车实验平台的开发等进行了研究,实现了纵向主动避撞的系统功能。 本文首先进行了汽车纵向主动避撞系统的总体设计,在定义系统功能的基础上,完成了系统总体方案规划,并确定了实现系统功能所需的关键技术及其相互关系。 作为汽车纵向主动避撞系统功能实现及评价的基础,本文进行了主动避撞汽车动力学系统建模的研究。以实验车辆动力学系统特点和执行器结构特点为基础,建立了能够反映系统动态特性的主动避撞汽车动力学系统模型,该模型能够模拟车辆运行复杂过程,并兼顾了模型的精确性和简洁性。 为解决实时行车安全距离的获得问题,本文提出了一种新的安全距离模型。该模型以驾驶员距离保持目的假设为基础,通过驾驶员实验获得模型参数,计算结果体现了实际驾驶员的驾驶特点,能够适用于多种交通状况。 以主动避撞汽车动力学系统模型和车间距保持安全距离模型为基础,本文对汽车主动避撞控制系统进行了研究,设计了能够自动进行功能切换的控制功能定义层和体现驾驶员操作特点的汽车主动避撞鲁棒控制器。控制功能定义层按照汽车纵向主动避撞系统的总体功能定义和驾驶员优先原则设计,在多种工况下都能对避撞系统应当实现的控制功能做出合理定义;体现驾驶员操作特点的汽车主动避撞鲁棒控制器包括基于H∞控制理论和模型匹配控制器结构设计的 WP=5 模型匹配鲁棒下位控制器和以最优跟踪理论和实际驾驶员操作特点为基础设计的上位控制器,实现了多种复杂工况下体现实际驾驶员操作特点的主动避撞车辆动力学控制。 为解决实际交通环境中行车信息的获得问题,本文对交通环境中目标车辆识别及运动信息获取方法进行了研究。以我国道路技术规范为基础建立了多目标交通环境中的有效目标车辆识别方法,实现了复杂交通环境中的目标车辆识别;以四阶卡尔曼滤波器为基础建立了目标车辆运动信息提取方法,实现了目标车辆运动信息的准确、实时提取;以假设检验为基础建立了目标车辆跟踪方法,实现了对同一目标车辆的连续跟踪测量。 为验证汽车纵向主动避撞系统总体功能及关键技术的研究结果,同时为关于汽车主动避撞的研究提供一个实车平台,本文以常规车辆结构为基础建立了实用化的汽车主动避撞系统实车实验平台。 最后,利用仿真及实车试验对避撞系统总体功能及相关研究内容的正确性进行了验证,并对系统在提高车辆主动安全性方面的效果进行了初步评价。结果表明,通过本文的研究实现了汽车纵向主动避撞系统的各项基本功能;所开发的汽车主动避撞系统,对于提高车辆的主动安全性,降低交通事故发生率,减小交通事故带来的损害,保障安全行车具有重要意义。


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