纯电动汽车车距控制系统研究

【摘要】：近年来,随着能源危机、交通拥堵和环境问题的日益突出,智能化和电动化已成为车辆研究领域的热点。车距控制系统作为智能车辆的研究方向对实现全自动驾驶具有重要意义,而将该系统应用在纯电动汽车上能有效的解决上述问题。本文就纯电动汽车车距控制系统展开研究,在保证车辆安全行驶的前提下,考虑到驾驶员和乘客的乘坐舒适性,实现智能车辆在不同速度下的车距控制。通过对前驱电动车辆的纵向动力学受力分析,基于Carsim和Simulink联合仿真平台搭建了车辆动力学模型,确定了驱动电机子模型类型,并对其性能参数进行匹配。以直线加速和百公里紧急制动工况做仿真实验,验证模型的可靠性。在此基础上,通过分析比较不同车载传感器的优缺点和大气窗口理论,确定以77GHz毫米波雷达和霍尔式转速传感器作为获取两车相对速度、相对距离和自车速度信息的车载传感器。针对在多交通车辆工况下毫米波雷达的探测特点,提出采用射线法对同车道目标车辆进行精确识别。此外,通过对典型安全距离模型进行分析,并充分考虑到极端条件下的行车间距和驾驶员制动操作习惯,搭建了一种可变安全距离模型,将其作为车距控制系统的期望行车距离,与两车实际距离之差作为设计的车距控制器的一个输入变量。本文使用分层式结构设计控制器,将车距控制系统控制器分为顶层控制器和底层控制器。顶层控制器采用线性二次型(LQR)最优控制理论获取被控车辆期望加速度。为实现车辆纵向多工况智能驾驶,当前方无车时,设计了经典PID控制器控制车辆巡航行驶。通过顶层控制器得到的期望加速度,经过驱动/制动控制切换策略分配给底层控制器。制动控制部分建立了纵向动力学数学模型;驱动控制部分在考虑到驾驶员驾驶特点、行车安全性和乘坐舒适性的基础上,设计了基于模糊控制理论的底层控制器。基于Carsim和Simulink联合仿真平台搭建闭环控制系统,对在驾驶过程中经常遇到的起-停工况、定速巡航工况和距离保持工况进行实验设计,并在联合仿真平台上进行仿真分析。结果表明搭建的可变安全距离模型能较好地保持两车间的行车间距,设计的分层式结构控制器具有较强的控制效果和鲁棒性,能够较好的控制车辆按照期望距离和速度智能安全行驶。