极限工况下自动驾驶车辆转向控制器的设计

为提高极限工况下自动驾驶车辆的路径跟踪精度并维持车辆行驶稳定性,设计了一种基于线性模型预测控制的路径跟踪转向控制器.该控制器以速度矢量方向角偏差作为控制参考量,在计算过程中以理想质心侧偏角代替实际质心侧偏角,以提高跟踪精度;采用前轮侧向力为控制输入量,并应用仿射近似方法对后轮侧向力进行线性化处理,以减小计算负担.CarSim与Matlab/Simulink的联合仿真结果表明,该控制器能够在轮胎处于附着极限的情况下维持车辆稳定行驶,且跟踪精度较传统控制器有明显的提高.     

基于力驱动的智能汽车路径跟踪控制策略

为提高高速大曲率工况下智能汽车的路径跟踪控制精度,保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性,提出基于最优前轮侧向力和附加横摆力矩协同的力驱动模型预测控制(MPC)路径跟踪控制策略。充分利用轮胎非线性动力学特性,提高控制器的响应性能,构建基于时变线性轮胎模型的路径跟踪控制系统状态空间方程,预测车辆状态信息。采用零点力矩法建立车辆侧倾稳定性约束条件,设计基于MPC的防侧倾路径跟踪控制器。CarSim与Matlab/Simulink联合仿真结果表明,该控制器在保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性的前提下,高速大曲率工况下的最大横向位置偏差和航向角偏差分别降低14.08%和4.80%,低附着高速变道工况下分别降低22.95%和16.77%,说明所提出的控制器可显著改善车辆路径跟踪效果。     

基于AFS与DYC的车辆侧风稳定性控制研究

为了研究提高高速车辆侧风稳定性的主动控制方法,建立了考虑侧风作用下的车辆八自由度非线性动力学模型,采用基于分段线性轮胎特性二自由度模型作为参考模型,分别设计了多柔性PID主动前轮转向(AFS)和LQR最优控制直接横摆力矩控制(DYC),对比分析了在两种典型工况下,两种不同主动控制方法对高速车辆侧风稳定性的控制效果.研究结果表明:侧风直线行驶工况下DYC操作性、稳定性、轨迹保持能力方面均优于AFS,纵向动力学性能方面AFS优于DYC;侧风前轮转角正弦输入工况下AFS与DYC在操作性、稳定性、轨迹保持能力方面差别不大,纵向动力学性能方面AFS明显优于DYC.     

极限行驶条件下车辆质心侧偏角观测器设计

用非线性车辆模型线性化方法,设计了基于广义卡尔曼滤波器和广义龙贝格观测器的质心侧偏角估计算法.给出考虑了轮胎非线性特性的扩展二自由度车辆模型,用非线性最小二乘法拟合轮胎模型的参数;分析非线性模型的能观性,并通过局部线性化方法,将非线性模型在当前状态处线性化,并得到近似的线性模型;设计了广义卡尔曼滤波器和线性化龙贝格观测器,并证明观测器的稳定性;最后,通过典型的操纵稳定性试验,验证算法的有效性.极限行驶工况下采用非线性模型线性化的方法,能获得更高的估计精度.     

基于MPC的车道保持系统转向控制策略

针对汽车的自动车道保持系统,研究了基于模型预测控制(MPC)的转向控制策略.对车辆的侧向动力学和轮胎的侧偏特性进行分析,研究了以位移偏差、横摆角偏差和两者微分项为状态变量、前轮转向角为控制输入的侧向动力学模型;在该模型的基础上,建立了车道自动保持控制的优化性能指标和系统约束,引入了平滑的期望参考轨迹,设计了基于MPC的转向控制策略.仿真试验证明,在不同车速下,该控制策略均能迅速消除侧向位移偏差和横摆角偏差,保证车辆沿着车道中心线行驶,并有效平滑系统的动态响应,具有较好的适应性和鲁棒性.     

基于RMPC的商用车车道保持跟踪控制

车道保持系统(lane keeping system,LKS)有助于提高商用车的行驶安全性,为保证控制系统的鲁棒性,减小由于简化模型过程引起的模型不确定性,采用基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的鲁棒模型预测控制算法进行商用车车道保持跟踪控制.建立了三自由度车辆动力学模型,并...     

汽车ABS与AFS集成控制算法

提出一种制动防抱死系统(ABS)与主动前轮转向(AFS)系统的集成控制算法.ABS采用逻辑门限值控制算法,以车轮的角加速度为主要门限、滑移率为辅助门限.AFS采用基于二自由度车辆模型建立的横摆力矩补偿前馈控制和滑模反馈控制相结合的复合控制算法.采用8自由度车辆模型验证所提出的控制算法,该模型包含“Magic Formula”轮胎模型和基于单点预瞄的驾驶员模型.在Matlab/Simulink中通过对开路面的直线制动工况和定圆弯道制动工况下的仿真来评价集成控制算法.仿真结果表明:在对开路面上ABS与AFS的集成控制能够有效地缩短制动距离,提高车辆制动过程的方向稳定性.     

基于最优前轮侧偏力的智能汽车LQR横向控制

为提高智能汽车在大曲率高速工况下的车辆横向稳定性和跟踪精度,该文提出了一种基于最优前轮侧偏力的智能汽车线性二次型调节器(LQR)路径跟踪横向控制方法。通过构建基于"前馈+反馈"的LQR控制器对期望前轮侧偏力进行实时在线求解并使跟踪误差收敛,最终通过刷子轮胎模型将控制量转化为期望前轮转角。该方法有效地保持了车辆模型与轮胎模型原有的非线性特性。基于PreScan搭建了仿真模型,结果表明:与应用线性轮胎模型的LQR控制器相比,所提出的控制方法在降低路径跟踪误差的同时,还能有效提升车辆的横向稳定性。     

基于主动转矩分配的电动车车道保持辅助控制方法

 针对高速工况下四轮独立驱/制动电动车的车道偏离问题,提出一种基于主动转矩分配的车道保持辅助控制方法。该方法的辅助控制系统分为3层,顶层控制器根据人-车-路信息实时进行辅助控制决策,并计算车道保持所需的横摆响应;中层控制器基于滑模控制算法,计算横摆响应跟踪所需的附加横摆力矩;底层控制器通过主动转矩分配产生附加横摆力矩,干预车辆行驶轨迹,以达到车道保持的目的。采用CarSim/Simulink联合仿真进行高速单移线实验验证,结果表明,提出的基于主动转矩分配的四轮独立驱/制动电动车车道保持辅助控制方法,具有良好的车辆动力学稳定性,在高附路面和低附路面上均能够有效地干预车辆行驶轨迹,防止车辆偏离车道。     

四轮转向与主动悬架的模型预测集成控制

针对车辆极限工况下的稳定性问题,提出一种四轮转向和主动悬架的集成控制算法。根据四轮转向单轨参考模型和主动悬架双轨模型,建立集成控制矩阵,利用模型预测算法设计集成控制器。在实车验证基础上,采用Car Sim与Matlab联合仿真,获得了转向盘鱼钩输入下的车辆横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角等特性曲线,分析了该典型极限工况下车辆的稳定性控制品质。结果表明,所设计的四轮转向与主动悬架的集成控制策略能够显著的改善车辆的操纵稳定性,解决失稳问题。     

基于模糊技术的汽车ESP系统综合反馈控制

对汽车ESP(Electronic Stability Program)系统控制方法进行了分析,提出了以模糊控制技术为核心的横摆角速度和质心侧偏角综合反馈控制方法.考虑了轮胎的非线性特性对汽车转向特性与行驶稳定性的重要影响,考虑非线性轮胎模型(魔术公式),建立了二自由度四轮汽车模型及汽车参考模型.运用模糊控制原理,设计了模糊控制器,并基于Simulink进行了控制仿真.仿真结果表明:这种控制方法可以很好地控制汽车的横摆角速度和质心侧偏角,提高汽车的侧向稳定性.     

基于改进LQR方法的汽车横摆稳定性控制研究

为提高极限工况下汽车行驶的横摆稳定性,提出了一种改进的LQR横摆稳定性控制方法,考虑了路面附着极限的影响。在轮胎特性处于线性区域时,以二自由度线性模型作为参考模型,其稳态横摆角速度及质心侧偏角作为理想状态,当轮胎特性处于非线性区域时,以由路面附着系数决定的横摆角速度作为理想状态。根据线性二次型调节器(LQR)理论计算出维持汽车稳定所需要施加的附加横摆力矩。最后利用所建立的七自由度非线性模型,在正弦转向输入以及单移线工况下对控制方法进行了仿真验证,结果表明所设计的算法能够合理地控制横摆角速度及质心侧偏角,提高行驶的横摆稳定性。     

基于自适应Kalman滤波的汽车横摆角速度软测量算法

利用参数软测量技术,提出了基于自适应Kalman滤波和汽车两自由度动力学模型的横摆角速度软测量算法．该算法实现了横摆角速度的线性最小均方误差估计,且可对汽车行驶过程中的系统噪声和观测噪声统计特性进行在线估计．仿真与场地试验结果对比验证了该算法的有效性,同时软测量技术的采用也为汽车状态参数测量提供了一条可行的、准确且低成本的研究思路。     

基于滑模控制理论的车辆横向稳定性控制

针对车辆在极限运动工况下转弯或变道行驶时的横向稳定性控制问题,建立以车辆横向速度、横摆角速度及车身侧倾角为状态变量的3自由度非线性动力学模型.在动力学分析的基础上,探讨依靠施加各车轮不同纵向制动力而产生辅助横摆力矩的方法来提高车辆在极限工况下的操纵稳定性.考虑到作为车辆状态变量之一的质心侧偏角难以测量,设计了基于车辆动力学模型及运动学关系相结合的质心侧偏角估计器.运用滑模控制理论,以车辆横摆角速度和质心侧偏角与相应的理想横摆角速度和质心侧偏角之差,作为车辆稳定性控制系统的两类控制输入变量,以车轮纵向制动力矩和方向盘转角为控制目标建立了联合滑模控制系统,通过计算机仿真表明,该控制方法可以有效改善车辆横向稳定性.     

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.     

基于多信息融合的汽车质心侧偏角估算

车辆稳定性控制系统因为其良好的主动安全性已经在汽车上广泛采用。对于汽车稳定性控制系统而言,横摆角速度和质心侧偏角是判断汽车运行情况的两个主要参考量。其中,车辆的横摆角速度可以通过横摆角速度传感器经过卡尔曼滤波直接得到,而质心侧偏角则必须通过估算得到。基于二自由度汽车动力学模型建立了一种车辆质心侧偏角估算器,该估算器包括基于车辆模型的卡尔曼滤波算法和动力学积分算法。在质心侧偏角较小的情况下,可认为轮胎的侧偏特性处于线性区域,故采用基于车辆模型的卡尔曼滤波算法,当质心侧偏角较大的情况下,切换为动力学积分算法。最后在Vedyna软件下搭建了该估算器的仿真平台,通过多工况的仿真,仿真结果表明该估算器可以准确估算车辆的质心侧偏角。     

线控转向汽车横摆角速度增益优化设计

为了解决汽车线控转向系统(SBW)转向角传动比的设计问题,对SBW汽车横摆角速度增益值优化方法进行了研究。在建立整车动力学模型和驾驶员模型的基础上,从人-车闭环系统角度出发,采用汽车操纵稳定性综合评价体系中的轨迹跟踪误差评价指标、驾驶员操纵负担的评价指标、侧翻危险性评价指标和侧滑危险性评价指标并与遗传算法相结合,在典型车速下对汽车横摆角速度增益值进行了优化。试验结果表明,采用优化后横摆角速度增益值设计的SBW转向传动比可有效地提高汽车操纵性,减轻驾驶员负担。     

线控主动四轮转向汽车控制策略研究

目的 针对线控四轮转向汽车横向稳定性不足及控制鲁棒性差等问题,提出一种主动转向反馈控制策略。方法 使用Simulink搭建线控转向系统转向执行机构动力学模型,将MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真,建立线控四轮转向整车模型;基于二自由度模型分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响,推导理想的横摆角速度和质心侧偏角;以横摆角速度增益恒定为依据设计理想传动比,得到期望前轮转角,以横摆角速度误差为控制量设计模糊控制器得到附加前轮转角对期望转角实时修正,实现前轮主动转向;针对横摆角速度和质心侧偏角与理想值之间的误差,加权得到稳定性控制目标;设计自适应积分滑模反馈控制策略输出后轮转角,对理想值进行跟踪,实现后轮主动转向。结果 仿真实验结果表明：所搭建的线控转向系统能够准确反映汽车动力学特性。相比无控制的机械前轮转向汽车与横摆反馈控制的四轮转向汽车,线控主动四轮转向汽车在双移线工况下将质心侧偏角控制在0值附近波动,横摆角速度跟踪误差控制在1.149 deg/s以内;在角阶跃工况下将质心侧偏角稳态值控制在0.065 deg,横摆角速度稳态值误差为0.074 deg/s。结论 线控...