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电动车自适应巡航控制方法研究

赵立娜  
【摘要】:随着全球经济和汽车电子技术的迅猛发展,汽车的产销量急剧增加,但是这也带来了交通拥堵、交通事故频发、环境污染严重以及能源消耗量急剧增加等一系列社会问题。为了解决以上社会问题,电动车以及车辆的主动安全技术成为当今汽车技术的发展方向。自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)作为安全辅助驾驶技术,是车辆主动安全技术的一个重要组成部分,已成为国内外研究的热点。然而关于自适应巡航系统的研究目前多集中于燃油车,对电动车的研究较少。又因为自适应巡航系统的研究方法也随着车辆动力系统的变化而变化,因此本文对基于电动车的自适应巡航系统的研究有较大的实际意义与价值。本文采用分工况、分层的策略对电动车的自适应巡航系统进行控制算法研究。将控制系统分为决策层与执行层:根据ACC车辆的行车环境,将决策层分为跟踪控制、速度控制和匀速控制三种模式;执行层分别设计驱动控制器和制动控制器,实现对决策层输出的期望加速度的跟踪控制。首先,本文建立了决策层跟踪控制模式下的控制对象模型。跟踪控制模式主要实现ACC车辆与目标车辆的实际车间距对期望安全车间距的跟踪。首先选择两车期望安全间距的规划策略,完成ACC车辆与目标车辆之间安全车间距的规划;当车辆进入弯道行驶时,需要将雷达获得的两车径向相对运动状态信息转换为两车的纵向相对运动信息,进而对ACC车辆进行纵向控制;最后仅考虑ACC系统的纵向控制,结合ACC车辆与目标车辆之间的纵向运动学特性与规划的期望安全车间距,建立两车车间距误差LPV模型。其次,设计了ACC系统决策层控制策略,包含ACC车辆在不同工况下的控制模式以及在各个控制模式下控制器的切换策略,实现控制器的平滑切换。在跟踪控制模式下,由于已建立的车间距误差LPV模型的参变量可测并且有界,故可使用H?控制算法设计间距控制器。针对速度控制模式,使用PID控制算法设计速度巡航控制器,实现对驾驶员设定速度的跟踪。最后,建立了执行层的驱动控制器和制动控制器,实现对决策层输出的期望加速度的跟踪。由于电动车可以实现对车轮扭矩的精确控制,故可通过车轮扭矩来控制车辆的驱动和制动过程。在建立ACC车辆的纵向驱动动力学模型和制动动力学模型时,考虑车辆滑移率以及前后轴载荷转移的影响,并由于该模型的强非线性,可使用滑模控制算法设计驱动控制器和制动控制器。在目标车辆减速、目标车辆先减速后加速、目标车辆急刹车、相邻车道车辆插入等工况下,用高精度仿真软件veDYNA对由决策层与执行层的控制器组成的ACC系统进行仿真验证。仿真结果表明,设计的ACC算法控制效果良好,具有较强的鲁棒性。


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