基于人-车-路闭环系统的路径跟踪模型预测控制

为提高人-车-路闭环系统的路径跟踪能力以及操纵稳定性能,利用Matlab/Simulink软件,搭建了3自由度汽车动力学模型以及基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄驾驶员模型,并与Carsim模型进行对比验证,检验了上述模型的正确性;根据模型预测控制理论,搭建了基于主动转向的路径跟踪模型预测控制器,采用双移线路径作为仿真工况,分别在有/无模型预测控制的情形下进行了仿真。结果表明:该模型预测控制器可将路径跟踪的误差均值控制在0. 1m以内,将瞬态误差极值降低50%左右,并消除了路径跟踪后期的震荡现象;此外,可保持汽车侧向加速度、横摆角速度值等操纵稳定性指标在合理范围之内。研究结果可为智能汽车的人-机共驾研究以及无人驾驶方向的进一步研究提供参考。     

基于模型预测控制的电动汽车起步工况仿真与性能评价

为提高电动汽车起步工况时的性能,设计了基于模型预测控制的驾驶员模型,建立了纯电动汽车整车模型和驾驶员模型。将驾驶员意图转化为加速踏板和制动踏板的开度变化,利用基于模型预测控制方法的上层控制器得到期望加速度,下层控制器根据期望加速度得到加速指令和减速指令,从而对车辆进行起步工况的加、减速控制。利用起步时间、驱动电机电压电流和冲击度3个评价指标对提出的模型预测控制方法和常规PID控制方法进行起步工况仿真的控制性能比较。分析了不同坡度(0%、10%和20%)和加速踏板开度下电驱动系统的性能。仿真结果验证了模型预测控制方法的有效性。     

考虑道路条件和车速的横纵向控制驾驶员模型

针对智能汽车在复杂路径下跟踪效果不佳的问题,考虑车辆横纵向动力学耦合作用,提出一种横纵向控制驾驶员建模方法。根据道路条件对车辆转向和速度控制的影响,建立一种考虑路径曲率和横向坡度的多约束车辆动力学模型,并推导车辆侧翻和侧滑的临界速度,预测参考路径的安全车速;采用横向模型预测控制获得最优的前轮转角控制序列,纵向PID控制实现纵向速度跟随;搭建Simulink-CarSim和硬件在环联合仿真系统。仿真结果表明：横纵向控制驾驶员模型能够预测安全车速,提高路径跟踪精度和行驶稳定性,同时具有较好的鲁棒性。     

自动驾驶横向控制模型及方法研究综述

回顾了自动驾驶的历史,并对用于智能汽车横向控制的整车横向模型和横向控制理论进行梳理和介绍。应用于控制和仿真建模的车辆模型一般有考虑轮胎受力的非线性动力学模型、针对小转角工况的线性动力学模型以及针对低速工况的运动学模型。应用于横向控制的方法有经典控制、最优控制、鲁棒自适应滑模等智能控制以及基于大数据的驾驶员模型控制方法。针对各类控制模型和控制方法进行了评述,并最终根据现有研究成果和趋势完成预测和总结。     

基于人机共驾的车道保持驾驶辅助系统

针对驾驶员因疲劳、分心以及横向风等因素,无意识地使车辆偏离车道线的问题,提出了一种通过固定的共驾系数实现辅助驾驶系统与驾驶员之间人机共驾的车道保持驾驶辅助系统研究方法。为了模拟驾驶员分心、疲劳状态,建立了驾驶员模型。在驾驶员模型的基础上,采用分层控制方法设计车道保持驾驶辅助系统。上层控制器利用模型预测控制方法设计转向角矫正策略;下层控制器根据上层控制器计算的期望横摆力矩对车辆进行防侧翻稳定性控制。搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,设计不同行驶工况,并分别采用人工驾驶和辅助驾驶2种方式进行仿真试验,仿真结果表明:无论在高速、低速或者低附着系数路面,当人工驾驶的车辆偏离车道中心线时,驾驶辅助系统均能及时矫正车辆的行驶方向,保证车辆稳定地跟踪车道线。     

轮毂电机电动汽车再生-液压复合制动系统协调控制策略

为保证制动过程中轮毂电机电动汽车的制动控制效果,充分利用电机再生制动控制精准高、响应迅速的优势,对再生-液压复合制动系统的制动性能进行了数学建模与仿真分析。首先,建立了包含再生-液压制动复合制动系统的单轮纵向动力学模型;其次,考虑驾驶员制动需求和路面条件,提出可用于3种典型制动工况(轻度、中度和重度制动工况)下的复合制动系统协调控制策略;最后,在Matlab/Simulink软件中模拟3种典型制动工况下采用所提出协调控制策略的汽车制动过程。仿真结果表明:所提出的控制策略能满足驾驶员制动意图,在充分利用电机控制精度高和响应时间短的优势的前提下,保证轮毂电机电动汽车的制动控制效果。     

基于概率神经网络的自动换挡策略研究

为了将驾驶员手动换挡经验制作成自动换挡策略,更好地满足汽车换挡的动力性要求,缩短变速箱自动换挡策略的研发时间,提出使用驾驶员手动换挡经验训练概率神经网络,从而高效率地制定汽车自动变速箱的换挡策略。在TruckSim中搭建汽车仿真模型,通过车辆CAN总线获得训练样本,在Matlab里训练概率神经网络模型。一方面进行PNN换挡策略与动力性换挡策略及BP神经网络换挡策略的仿真对比试验;另一方面进行原车离线数据的换挡试验。试验结果表明:基于概率神经网络的自动换挡策略可以实现正确率为98.76%的挡位控制,达到将优秀驾驶员手动换挡经验应用于自动换挡策略的要求;概率神经网络自动换挡策略的动力性优于动力学理论推导的换挡策略和BP神经网换挡策略。     

高速时转向盘角阶跃工况下电动轮汽车EPS与DYC的协调控制方法

为了保证电动轮汽车在高速时转向盘角阶跃工况下的操纵稳定性与行驶安全性,对电动助力转向(electric power steering,EPS)与直接横摆力矩控制(direct yaw moment control,DYC)开展联合研究,并提出一种新型的电动轮汽车EPS与DYC的协调控制方法:根据横摆角速度与质心侧偏角等车辆运动参数,经上层控制器滑模变结构控制获取协调控制权重系数K和附加横摆力矩,通过协调控制权重系数K对EPS输出的转向助力矩进行修正,同时由附加横摆力矩对4轮的纵向力进行DYC分配。利用Car Sim软件和Matlab/Simulink软件分别建立整车机械动力学模型和整车协调控制模型,将两模型联立后开展联合仿真。仿真结果表明:将EPS与DYC进行协调控制,不仅可显著提高电动轮汽车在高速时转向盘角阶跃工况下的方向稳定性,而且通过协调权重系数K适当削弱了转向助力矩,可避免在高速工况下由于驾驶员心理紧张而造成的误操作。     

兼顾女性驾驶员的约束系统研究

近年来,女性驾驶员人数逐年增加,但汽车约束系统的开发多以男性驾驶员为研究目标,如何更好地保护身材矮小的女性驾驶员成为被动安全领域一个亟待解决的问题。运用多刚体动力学分析软件(MADYMO)建立某款车型正面碰撞的乘员约束系统仿真模型,将仿真结果和实车试验碰撞结果进行对比,验证模型的有效性。利用引入的综合伤害指标WIC以及WICF作为优化目标,通过正交试验及极差分析法,综合选取兼顾男女驾驶员的优化参数;在分析男性驾驶员模型最优解的基础上,利用逼近准则,选择9组符合要求的参数组合代入女性驾驶员模型,利用提出的加权函数WICA对男女驾驶员伤害进行兼顾优化。最后经与初始模型对比发现:男女驾驶员伤害在优化后都得到显著减少,达到兼顾女性驾驶员约束系统研究的目的。     

基于改进蚁群算法的汽车避障路径规划

为在不同工况下为汽车规划出一条安全且合理的局部避障路径,利用MAKLINK图论法建立带有障碍物的二维环境模型,通过Dijkstra算法规划初始次优避障路径,考虑车辆运动学等约束改进蚁群算法,从而搜索出一条最优避障路径。在Simulink中搭建车辆-驾驶员闭环系统模型,将最优避障路径输入到该模型中进行路径跟随;根据汽车主动安全评价指标对路径跟随效果及车辆横向稳定状态进行评价。结果表明:改进蚁群算法规划出的避障路径具有较好的跟随效果,且符合车辆横向稳定性要求。说明改进后的蚁群算法进行汽车局部路径规划具备一定可行性。     

轮毂电机混合动力汽车硬件在环仿真研究

以轮毂电机混合动力汽车为研究对象,基于整车ADVISOR后向仿真模型,研究了整车硬件在环仿真平台的搭建方法。通过增加驾驶员模型以及修改整车后向仿真模型中部分部件模型,构建了基于Matlab/Simulink的整车前向仿真模型。利用TargetLink将控制策略模型下载至控制器实物中,以整车前向仿真模型为基础进一步建立被控对象模型,搭建轮毂电机混合动力汽车硬件在环仿真平台,并对控制策略进行了硬件在环仿真。硬件在环仿真结果与ADVISOR仿真结果相比,存在1. 8 s的响应延迟,但仿真数值基本吻合,表明了所搭建硬件在环仿真平台的有效性,为基于后向仿真模型的整车硬件在环仿真平台快速搭建提供了理论依据。     

基于虚拟试车场的变速器载荷模拟

基于Adams/Car的环境进行了汽车整车虚拟仿真试验。建立了道路模型、轮胎模型、驾驶员模型和整车多体动力学模型并集成,利用Adams/Solver求解器对模型进行仿真计算,对得到的数据进行筛选处理,导入Matlab中模拟变速器在不同路面上所受的载荷。采用周期图法估计的功率谱,使用数理统计方法得出模拟的变速器载荷的特征值,最后把模拟结果与ETA/VPG的仿真数据进行分析对比。结果表明:建立的道路模型有较高的精度,模拟得到的变速器载荷有一定的准确性,对变速器开发初期的虚拟试验具有参考价值。     

汽车正面耐碰撞性有限元仿真分析

为研究汽车正面碰撞过程中的被动安全性能,建立了某型汽车整车有限元模型,基于中国新车评价规程(C-NCAP)对其进行评价。以运行速度为50 km/h的汽车与刚性墙发生正面碰撞为例,应用LS-DYNA软件进行有限元分析,对整车变形、车身能量、B柱加速度和前围侵入量等结果进行分析,研究汽车吸能部件对碰撞结果的影响。结果表明:碰撞过程中整车出现回弹现象,前部吸能不够充分;驾驶员侧加速度最大为41.6 g,满足国内碰撞要求;保险杠的最大位移量为490 mm,前纵梁的最大变形量为241.2 mm,从而得出碰撞中主要吸能部位为保险杆和前纵梁。通过正面碰撞仿真分析,得出该车有较好的正面耐撞性,得到的碰撞数值模拟结果可为该车的结构设计提供参考。     

金属带式CVT电液控制系统硬件在环仿真研究

CVT由于具有结构紧凑、平顺性好、优良燃油经济性等特点,在汽车传动系统研究领域应用广泛。传统离线仿真受数学建模等局限性,难以保证仿真结果的可信度和精度。硬件在环仿真测试能够模拟汽车在实际中的各种极限工况,重复性好,同时可以在测试过程中修改模型方案和快速进行验证,极大程度地降低控制系统开发过程中的成本,缩短开发周期,提高模型的准确程度。基于NI-PXI硬件在环测试系统与NI公司提供的VeriStand软件搭建金属带式CVT硬件在环测试平台,同时利用ECM控制单元和Woodward公司提供的MotoHawk、MotoTune软件下载控制算法模型,对CVT电液控制系统模型与控制算法进行联合仿真完成实时仿真验证。测试结果证明设计的CVT硬件在环仿真系统的有效性与准确性良好。     

电动轮汽车差动助力转向稳定性控制策略

在建立驾驶员模型、差动转向系统及整车机电系统耦合动力学模型的基础上,考虑了系统存在的不确定因素,分析了驱动转矩和横摆力矩之间的耦合关系。以理想横摆角速度为控制目标,研究了融合模糊逻辑和滑模变结构控制的电动轮汽车差动转向稳定性控制策略。通过模糊逻辑确定滑模趋近律在不同状态下的控制量,以补偿被控系统的不确定性和非线性的影响。仿真结果表明:所设计的稳定性控制器不仅可以有效地解决滑模变结构控制在高频下的抖振问题,而且在不同路面附着系数、不同车速以及侧向风的干扰下均能保证系统具有良好的稳定性。     

基于LTR动态预测的重载车辆防侧翻滑膜控制研究

为改善重载汽车的主动防侧翻能力,提出基于LTR动态预测的重载汽车防侧翻差动制动控制方法。针对重载汽车的实际干扰,将其简化为三自由度重载车非绊倒型侧翻动力学模型,以最大横向载荷转移率为控制目标,融合差动制动控制原理设计了可动态预测重载汽车侧翻且主动防侧翻的ABS差动制动控制方法;应用滑膜控制实时调控差动制动系统制动力,保证车辆的转向性能及制动性能。利用TruckSim及Matlab/Simulink进行联合仿真,并在车辆有较大负载的情况下选取了角阶跃实验及Fish-Hook实验2种典型工况对算法进行仿真测试分析。结果表明,该控制模型能够有效提高车辆的防侧翻能力,改善车辆的操纵稳定性。     

天然气发动机空燃比控制策略的研究与仿真

介绍了天然气发动机空燃比的比例-积分-微分控制、模糊自适应整定比例-积分-微分控制以及神经网络等各种控制策略,并对其进行了Matlab/simulink仿真,分别建立了仿真模型,给出了不同控制策略下的仿真结果图形曲线。通过仿真结果分析并对比了各种控制策略的控制特点,指出了在实际应用中需注意的问题。     

一种驾驶员驾驶水平评价系统及其开发方法

介绍了一种基于快速控制系统原型技术的驾驶员驾驶水平评价系统的开发方法。该方法使用Matlab/Simulink平台搭建了驾驶员驾驶水平评价系统的核心算法模型。驾驶员驾驶水平评价系统包括经济性驾驶水平评价、制动水平评价和车速控制水平评价等子系统。搭建的系统经过实车数据离线测试后,使用RTW工具将其转换为C代码嵌入到商用车行车记录仪的外围程序中,从而实现了记录仪功能的扩展。这种方法大大简化了系统开发过程,缩短了系统开发周期。     

生猪全产业链安全生产控制模式评价体系构建

根据生猪食品安全的要求,构建了生猪全产业链安全生产控制模式评价系统,并应用系统动力学的原理和方法,建立评价系统指标体系的系统动力学模型。以陕西省杨凌本香农业产业集团的数据为例,应用商用系统动力学软件Vensim PLE进行系统模拟与仿真,对系统进行运行和结果分析。将其导出模拟数据与实际统计数据相比较,结果表明其仿真输出结果与系统的历史数据基本相符,检验了系统的有效性和可靠性。研究发现,只有在生猪生产行业构建全产业链生猪安全生产控制模式,才可有效控制猪肉安全质量;本香农业产业集团生猪全产业链安全生产控制模式是一个高投入、高效率、高回报的生产模式,这一经过长期实践和多年摸索、探讨和总结的经验及结论为生猪生产行业未来发展方向提供了科学的依据。     

汽车稳定性控制系统模型及横摆控制仿真

在Matlab/Simulink中建立了包括横摆运动、侧倾运动的八自由度整车动力学模型和车辆参考模型。采用车辆横摆角速度的状态差异法,基于模糊控制理论制定了直接横摆控制策略,实现了ESC系统对车辆的稳定性控制。对典型工况鱼钩试验进行仿真分析。结果表明:所制定的控制策略可以有效地实现横摆稳定性控制,而且减小了侧向加速度,使汽车具有一定的抗侧翻能力,提高了汽车的稳定性和安全性。