考虑道路几何设计的智能网联车队横纵向协同控制

针对智能网联车队行驶过程中车辆跟驰和路径跟踪的横纵向协同控制,建立三自由度车辆动力学模型并将其作为控制系统,基于改进的智能驾驶员模型模型设计分层式纵向控制器;基于预瞄-跟随理论设计横向控制器.考虑车辆纵向、横向运动的耦合特性,以纵向速度作为横向控制器的状态变量设计横纵向协同控制策略,在CarSim/Simulink仿真平台搭建车队横纵向协同控制器.采用单移线、隧道工况验证控制器的横向、纵向控制性能;考虑道路弯道、坡度和超高等道路几何设计,设置匝道工况验证控制器横纵向协同控制性能并分析道路超高对车辆跟驰和路径跟踪精度及稳定性的影响.结果 表明:控制器能实现给定工况下车辆速度与转向的跟踪控制,且具有较高的跟踪精度,良好的跟驰效果和行驶稳定性;对于弯道行驶,设置道路超高能使车辆转向平稳,速度跟随精度高且行车间距增加,有利于提高车队行驶安全性.     

连续工况下基于PID+LQR算法的自动驾驶车辆横纵向耦合控制

为提高自动驾驶车辆的路径跟踪精度,针对自动驾驶车辆横纵向耦合控制问题,提出了带有前馈控制的PID+LQR联合控制策略。首先,利用二自由度车辆动力学构建路径跟踪误差数学模型,制定横纵向控制流程。随后,设计了用于横向控制的LQR控制器和用于纵向控制的PID控制器,将横纵向控制器进行整合,使得车辆在接收到决策规划系统给出的期望指令后可以进行跟踪行驶。借助CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,在连续工况下对该控制策略进行测试。结果表明,提出的横纵向耦合运动控制策略可以控制车辆沿着规划的轨迹行驶,且可将跟踪误差控制在较小的范围内。     

四轮独立转向无人车辆斜向行驶轨迹跟踪控制方法

针对四轮独立转向电动汽车转向系统成本高、但功能开发程度低的问题,提出一种车辆斜向行驶控制策略,优化四轮独立转向电动汽车换道过程中的行驶稳定性. 基于四轮独立转向电动汽车横向、纵向二自由度车辆模型,提出一种横纵向耦合轨迹跟踪控制方法,该方法基于线性时变模型采用模型预测控制（MPC）算法,对横向偏差、航向角偏差及纵向速度偏差进行闭环控制. 设计车辆稳定性控制器,包括横摆力矩控制器和转矩分配控制器,同时提高车辆轨迹跟踪精度和行驶稳定性. 最后搭建Simulink/Carsim/Prescan联合仿真平台,对四轮独立转向电动汽车双移线工况进行模拟换道仿真,仿真结果证明了斜向变道的可行性和横纵向耦合轨迹跟踪控制方法的有效性.      

基于前馈+预测LQR智能车循迹控制器设计

为提升智能车辆循迹性能,本文提出了一种基于LQR理论和滑模理论的车辆横纵向控制器。首先,基于二自由度横向动力学模型,构建前馈LQR控制器。针对循迹过程中横纵向跟踪精度与转向稳定性两者难以兼顾的问题,本文基于 CTRV模型设计预测控制器,建立了基于实时车速-曲率的模糊自适应预测时间,对前馈LQR进行改进。此外为提升纵向车速跟踪稳定性和跟踪精度,本文提出一种基于滑模控制理论的纵向跟踪算法。通过CarSim与Simulink的联合仿真和硬件在环平台进行验证,结果证明：本文提出的横纵向控制器具备一定的驾驶员行为特征,可兼顾跟踪精度与稳定性,提升了智能车辆循迹性能。     

基于复合滑移轮胎模型的车辆横纵协同优化控制

极限工况下,车辆纵向侧向运动存在严重的耦合,传统的纵向或侧向主动安全控制技术难以保证车辆的操纵性能。基于复合滑移LuGre轮胎模型,提出了一种车辆横纵耦合协同优化控制器。建立了车辆侧向动力学模型,它能够反映出轮胎滑移率和侧偏角耦合特性对汽车侧向力的影响。然后,在预测控制框架下,设计车辆横纵耦合协同优化控制器,跟踪期望的横摆角速度和侧向速度,抑制滑移率,保证低附着路面下的车辆操纵稳定性。通过CarSim和MATLAB/Simulink的联合仿真,与基于纯侧偏轮胎模型的控制器控制性能进行对比,结果表明:所提出的控制器能够通过更少的输出扭矩更好地跟踪期望横摆角速度,抑制侧向速度,降低滑移率。     

基于滑模控制的智能车辆集群运动控制方法

为了解决智能车辆之间协同行驶的机制和控制问题,运用鱼群的集群运动理论研究群行车的协同控制问题.分析鱼群的集群规则,建立车辆菱形编队形式.根据最小安全距离理论确定菱形的几何位置,并采用领航跟随法,生成跟随车辆位姿参数.运用滑模控制理论设计跟踪控制器,计算集群运动车辆的加速度,实现群车的编队控制,从而达到高速公路环境下多车安全有序行驶的目的.利用Pre Scan与Matlab/Simulink进行联合仿真.结果表明:智能车辆从初始状态所处的随机位置会向领航车辆聚拢,并跟随领航车辆以相同的趋势运动,实现从无序行驶向有序行驶的过程.     

车辆主动转向与电子稳定控制系统的协同控制

为提高车辆行驶时的操纵稳定性和安全性,本文通过协同控制策略研究分析了主动转向与ESP对车辆操纵稳定性的影响。首先基于主动转向的二自由度线性车辆动力学模型设定上层协同控制策略,及下层主动转向控制器和ESP控制器,并结合CarSim与Matlab/Simulink平台完成主动转向系统、双PID控制的ESP系统、及其协同控制的整车模型搭建,然后再基于硬件在环试验台进行高附着路面和低附着路面的双移线试验,最后对比分析不同工况下主动转向与ESP协同控制相对其独立控制下的车辆质心侧偏角和横摆角速度响应曲线。结果表明本文设计的主动转向与ESP协同控制策略相对其独立控制,可更好地提高车辆的操纵稳定性。可见主动转向与ESP协同控制的稳定性控制效果明显提高,在极限工况下能将车辆控制在安全行驶的稳定范围内。     

车辆变速轨迹跟踪横纵耦合控制方法

针对变化速度下车辆轨迹跟踪精度以及实时性差的问题,提出一种基于模型预测控制的横纵耦合控制方法。在三自由度车辆动力学模型中,将车轮驱动力与前轮转角作为控制量,以单控制器形式实现车辆横纵向运动的综合控制,并且在考虑耦合特性的基础上,设计目标函数与可变权重系数,求解最优横纵向控制量。并且基于五次多项式理论,设计一种变速双移线轨迹以验证控制器综合轨迹跟踪能力。实验结果表明,该控制器能有效跟踪变化车速并且保持高轨迹跟踪精度与良好的实时性。     

考虑横纵向误差协调的智能汽车路径跟踪控制研究

针对传统轨迹跟踪控制方法应用场景局限,精度不高的问题,为实现车辆横纵向联合控制从而提升无人驾驶汽车在结构化场景下的轨迹跟踪效果,本文建立了自然坐标系下的车辆跟踪误差模型,设计基于LQR与PID相结合的车辆横纵向耦合控制器。在横向控制层面,为消除系统稳定误差,通过引入前馈控制量实现系统的整体稳定,减小车辆在实际运行过程中产生的横向误差,提升控制过程的稳定性;在纵向控制层面,运用PID控制策略进行调节,实现车辆的实际速度与规划速度,实际位置与规划位置之间的精确匹配。通过MATLAB/Simulink与Carsim搭建联合仿真平台,针对日常泊车、驶入主路以及超车多种工况进行仿真验证。仿真结果表明：本文所设计的横纵向联合控制器将车辆的轨迹跟踪误差控制在可接受范围之内的同时,轨迹跟踪效果满足乘客对车辆乘坐舒适性的要求,故本文设计的控制器具备一定的稳定性和准确性。     

轮式铰接车辆悬架耦合模型问题的仿真

提出了轮式铰接车辆悬架主动控制中转弯时的动力学耦合模型,从耦合模型和仿真模型证明了轮式铰接车辆悬架三维方向存在耦合问题.同时从提高铰接车辆行驶速度评价,说明存在利用耦合效应进行悬架主动控制策略设计、构建通过悬架的单向作动控制策略、探讨最大限度减低三维方向车辆振动的可能性,即通过悬架单方向实时主动控制,达到抑制其他方向振动的目的.为轮式铰接车辆悬架实施主动控制的方法与策略提供了理论依据和方向.     

个人快速交通系统智能协同控制与优化

提出了一种新型智能协同控制运行方案,基于个人快速交通(PRT)车辆的运行规则与车辆间的自组织关系,以自底向上的方式建立动态知识图谱,用以辅助车辆运行决策;通过领航者-跟随者策略在车辆行驶过程中形成虚拟车队运行,在此基础上,将滚动优化策略与粒子群算法(PSO)相结合,对车辆的加速度和减速度进行滚动优化调整,缩短了PRT车辆形成虚拟编队的运行时间,进一步提高了PRT系统的运输能力．结果表明:智能协同控制运行方案使得PRT车辆形成虚拟编队所耗时间平均减少了约38%,每小时运输客流量平均提高了约1.5倍;该运行方案保证了PRT系统运行的高效性和安全性,符合低碳出行、绿色发展的需要．      

基于动态目标位置的车辆弯道保持控制仿真

智能交通领域中,车辆的横向控制技术是智能车辆控制的关键技术.基于动态目标位置,提出车辆弯道保持的控制算法.利用三次曲线对车辆行驶路径进行规划,使用理想数据训练基于T-S模糊神经网络的控制器,进行计算机仿真.结果表明,该控制算法能够实现对车辆转向的平稳操作,较理想地实现了对车辆弯道保持的控制,合理地模拟了车辆实际转弯过程中的运动特性.     

智能车辆速度跟随控制算法的仿真研究

针对汽车动力学速度控制的强非线性特性,基于预瞄-跟随理论,建立了车辆速度控制过程中的速度跟随运动模型;并提出了智能车辆速度跟随的控制算法。在PreScan和matlab/simulink的联合仿真中,实现了车辆的速度跟随控制;并对速度变化过程中速度跟随控制算法的性能进行了仿真验证。结果表明,车辆基本可以跟随参考速度行驶,并且可以实现自动减速停车。     

汽车前照灯系统的设计

汽车前照灯系统(AFS)是一种能够自动改变两种以上的光型以适应车辆行驶条件变化的智能前照灯系统。它可以根据道路的状况、天气变化及车辆行驶中的变化,自动对前照灯光束状态进行动态最优化调节,以便实现灯具全过程的智能控制。它的研发对汽车夜晚行车安全起到了很大的作用。     

电动汽车底盘集成系统耦合分析与控制

汽车的操纵稳定性和行驶安全性是整车动力学分析过程中衡量车辆性能的两个重要性能指标,安全性是汽车行驶安全的基本保证,稳定性是提升驾驶员的行车体验,同时确保安全性的重要因素。目前,作为车辆动力学研究的重点,众多科研人员致力于汽车侧向以及横摆方向的稳定性控制,例如汽车的侧滑、甩尾和侧翻等。为了分析汽车动力学特性和汽车的耦合特性,基于对称性原理,将汽车看为一个单轨模型,采用简单实用的二自由度模型定性分析车辆及其控制系统的性能。在汽车二自由度线性模型的基础上,对汽车进行耦合分析,并基于二自由度模型进行解耦及仿真分析。     

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.     

1/4车-路耦合动力学模型研究

将车辆简化为1/4车模型,路面结构视为地基梁或地基板,建立车-路耦合动力学模型;通过引入动态接触算法,采用直接积分法求解,比较了车-路耦合动力学模型与静力模型结果的差别;讨论了两种模型在车辆非悬挂系质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉、动应变、接缝嵌缝料剪切应变和接缝传荷效率等的异同.结果表明,两种模型的非悬挂质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉和接缝嵌缝料剪切应变等具有较好的一致性,在动应变及接缝传荷效率等方面有一定差异;地基板模型可很好地模拟移动车辆作用下混凝土路面结构的动态响应,而地基梁模型可高效地用于路面结构的接缝传荷、嵌缝料振动模拟.建立的模型可用于水泥混凝土路面动态响应分析和路面性能评价.     

车辆动力学稳定性协同控制CAN网络系统硬件设计

利用网络控制和分层协同控制思想,搭建了车辆动力学稳定性协同控制CAN网络系统,并设计了智能节点硬件电路.在设计过程中充分考虑了电磁干扰对系统的影响,从硬件方面提高了系统的抗干扰能力,从而保证了系统具有良好的稳定性和可靠性.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

基于虚拟动态工况的三轴轮式越野车悬架构件强度分析

三轴轮式越野车采用双横臂独立悬架的结构形式。为得到悬架构件的动态载荷特征和应力特性,进行虚拟动态工况下的车辆强度分析。建立悬架上、下摆臂有限元模型以及三种动态行驶工况路面模型,利用多体动力学分析软件建立整车刚-弹耦合动力学模型。在三种动态行驶工况下进行虚拟试验,得到悬架系统动态载荷,并定义"动载系数"进行分析;对悬架系统关重件的动态应力进行分析,确定构件高应力区。结果表明,悬架构件强度能够满足设计要求,但是接近屈服极限,须进行结构优化设计。