【摘要】：電動、智能汽車是融入未來交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,要實現(xiàn)汽車的全自動駕駛,路徑或者軌跡跟蹤控制是核心技術(shù)之一。電動汽車是自動駕駛技術(shù)最好的架構(gòu),其中輪轂電機驅(qū)動電動汽車由于能夠?qū)崿F(xiàn)多種動力學(xué)靈活控制且更加高效、節(jié)能而成為電動汽車重要的研究方向。本文結(jié)合輪轂電機驅(qū)動差動控制與主動轉(zhuǎn)向優(yōu)勢,進行自動駕駛汽車的軌跡跟蹤與協(xié)調(diào)控制研究。首先,研究自動駕駛電動汽車動力學(xué)模型與主動轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制方法�；谲囕v動力學(xué)和輪胎模型進行了模型預(yù)測控制器的設(shè)計,并結(jié)合約束條件和優(yōu)化目標,研究了標準二次規(guī)劃最優(yōu)求解的問題。通過搭建CarSim與Simulink聯(lián)合仿真模型,進行了雙移線工況下軌跡跟蹤算法的仿真驗證;仿真結(jié)果表明,模型預(yù)測控制器能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡跟蹤任務(wù)并保證了行駛穩(wěn)定性。當車輛運動在速度較高且軌跡復(fù)雜條件下時,固定預(yù)瞄時間駕駛員模型往往難以完成駕駛?cè)蝿?wù),因此對預(yù)瞄時間自適應(yīng)控制進行了研究,設(shè)計了基于軌跡偏差和道路曲率的模糊控制器,控制模型預(yù)測控制器的預(yù)瞄步長自適應(yīng)變化,通過仿真分析發(fā)現(xiàn)預(yù)瞄時間自適應(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,考慮輪轂電機驅(qū)動差動控制條件下,研究自動駕駛汽車軌跡跟蹤的協(xié)調(diào)控制。針對輪轂電機驅(qū)動電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩獨立控制,并能通過差動控制產(chǎn)生滑動轉(zhuǎn)向的特點,提出了差動控制軌跡跟蹤策略;利用變參數(shù)PID控制算法對左右輪轉(zhuǎn)矩進行控制,使車輛產(chǎn)生滑動轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)對參考軌跡的跟蹤。由于車輛主動轉(zhuǎn)向和差動控制都能夠?qū)崿F(xiàn)對參考軌跡的跟蹤,因此提出了主動轉(zhuǎn)向和差動控制協(xié)調(diào)的軌跡跟蹤策略,研究了權(quán)重系數(shù)對軌跡跟蹤的影響,并確定了權(quán)重系數(shù)的取值范圍;通過仿真試驗發(fā)現(xiàn),協(xié)調(diào)控制策略能夠提高車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)速率并對軌跡跟蹤進行補償,在車速30km/h、45km/h以及60km/h時軌跡偏差均方根值的改善率分別為14.2%、15.9%和18.0%,說明協(xié)調(diào)控制能夠提高對參考軌跡跟蹤的準確性。最后,為了驗證協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤的可行性,進行了輪轂電機驅(qū)動自動駕駛汽車的實車道路實驗。搭建了輪轂電機驅(qū)動自動駕駛汽車,對車輛的驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)進行改裝,安裝了GPS/INS、轉(zhuǎn)速、電流以及轉(zhuǎn)向角等傳感器,基于D2P快速原型開發(fā)了整車控制系統(tǒng)實現(xiàn)車輛的自主行駛以及軌跡跟蹤。進行了變道和雙移線工況下主動轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤和協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤的道路實驗,所設(shè)計的主動轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對參考軌跡的跟蹤任務(wù)。通過實驗結(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)并改善了自動駕駛汽車的軌跡跟蹤精度。
【圖文】：

行駛軌跡作為軌跡跟蹤實驗的參考軌跡，搭建整車控制策略、主動轉(zhuǎn)向控制策略和協(xié)調(diào)控制軌跡跟蹤策略，進行實車道路實驗，，驗證協(xié)調(diào)控制策略的效果以及適應(yīng)性。對上述研究內(nèi)容，提出本文研究的技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

圖 2.1 車輛動力學(xué)模型Fig. 2.1 vehicle dynamics model.運動中主要研究車輛縱向、橫向和橫擺運動，因此需 x 軸，y 軸以及 z 軸的運動方程。車輛縱向動力學(xué)方程表達式為：xflxfrxrlxrrm x my F F F F車輛橫向動力學(xué)方程表達式為：yflyfryrlyrrm y mx F F F F車輛橫擺動力學(xué)方程表達式為：()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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6

【參考文獻】

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本文編號：2631615