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汽车主动避撞控制系统控制方法研究

张雪峰  
【摘要】:近年来,随着信息科学技术的飞速发展,主动安全装备已成为国内外主动安全领域研究的热点。主动避撞控制系统作为主动安全装备,其开发的核心就是控制方法。本课题重点分析设计汽车纵向主动避撞控制系统的控制方法,包括对系统所涉及的安全距离模型、避撞控制策略、车辆动力学系统建模和分层控制器设计等方面进行研究。研究的主要内容如下:(1)行车安全距离模型是主动避撞控制系统的基础,在阅读分析大量国内外相关文献资料的基础上,对三种经典安全距离模型进行分析比较,确定主要研究的安全距离模型以速度为阈值划分高速和低速两种状态。在高速行驶时采用基于制动过程的安全距离模型,在低速行驶时则采用基于车头时距的安全距离模型。(2)基于新型安全距离模型及危险系数的避撞控制策略制定。引入危险系数ε来确定车辆的安全状态。一般的安全距离模型把驾驶员反应时间和路面附着系数设置在一定范围内的某个定值,本文的安全距离模型中引入基于模糊数学理论确定的驾驶员反应时间的方法和路面附着系数识别模型,以提高安全距离模型的精度。(3)对系统各组成部分及关键参数进行分析与建模。基于车辆动力学和自动控制原理,对车辆动力学、安全距离、驾驶员反应时间和上下位控制器建立相应的模型。(4)设计避撞控制系统要实现的功能。首先设计自适应巡航控制系统以降低驾驶员疲劳强度。在中低速工况下,自适应巡航控制系统能够满足两车车间距保持的运动,但如果前车紧急制动工况,应用这一控制算法无法完全避免碰撞的发生,所以本文针对前车紧急制动的情况,对主动避撞控制系统中的安全距离模型、根据危险系数制定的避撞控制策略以及上下位控制器设计等展开研究,设计紧急避撞控制系统。(5)采用典型工况对设计的避撞系统控制方法进行仿真验证。在CarSim和Simulink中搭建联合仿真模型,针对干燥沥青路面、潮湿沥青路面、积雪路面及高速工况进行仿真,验证避撞控制系统控制方法的有效性。同时分析对比传统基于制动过程和车头时距安全距离模型基础上设计的避撞控制系统,验证本文避撞系统控制方法的优越性。仿真实验结果表明,所设计的避撞系统控制方法对干燥沥青路面、潮湿沥青路面、积雪路面及高速行驶工况等常见工况,起到了较好的控制效果,实现了避撞系统的紧急避撞功能,同时对比基于制动过程和车头时距的安全距离模型基础上设计的避撞控制系统,本文避撞控制系统的控制方法除了有助于提高道路交通利用率外,也能较好的控制车辆进入避撞控制的时间和停车车间距离,具有一定的优越性,为汽车纵向主动避撞系统的设计提供了新思路,也为后续的深入研究奠定了一定的理论基础。


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