【摘 要】
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电动汽车的车道保持系统对于提升交通安全具有重要意义。但是目前自动驾驶技术还未完全成熟,完全自主的车道保持系统还不能够适应复杂的交通环境。驾驶员和辅助控制系统对车辆的协同控制以及电动汽车的车道保持稳定性控制是汽车智能化和电动化领域的研究热点。本文以四轮独立驱动电动汽车为研究对象,对人机协同下电动汽车的车道保持与稳定性控制策略展开研究。基于CarSim建立了电动汽车的车辆模型。在Matlab/Simu
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电动汽车的车道保持系统对于提升交通安全具有重要意义。但是目前自动驾驶技术还未完全成熟,完全自主的车道保持系统还不能够适应复杂的交通环境。驾驶员和辅助控制系统对车辆的协同控制以及电动汽车的车道保持稳定性控制是汽车智能化和电动化领域的研究热点。本文以四轮独立驱动电动汽车为研究对象,对人机协同下电动汽车的车道保持与稳定性控制策略展开研究。基于CarSim建立了电动汽车的车辆模型。在Matlab/Simulink中搭建了道夫(Dugoff)轮胎模型、电机模型和PID速度控制器。在CarSim中设置仿真工况,验证了车辆模型的准确性。针对连续型人机共驾的协同驾驶方式下驾驶员和辅助控制系统始终处于控制环中,导致驾驶员在换道过程中需持续克服辅助控制系统施加的转矩而引发人机冲突问题,提出了一种考虑驾驶员换道意图的车道保持辅助控制系统,实现车辆控制权限在人机之间切换,避免驾驶员在换道过程中发生人机冲突。基于驾驶员换道意图识别建立了TLC决策模型。根据驾驶员反应时间和车辆稳定性要求动态选取TLC的阈值,使决策机制能够自动调节车道偏离预警和主动转向干预的触发时刻,避免辅助控制系统过早干预对驾驶员造成干扰。同时,基于单点预瞄方法建立了车道保持偏差模型作为车-路的环境感知环节。利用CarSim-Simulink联合仿真,验证了车道保持决策的有效性。在电动汽车的车道保持控制中,提出了一种车道线跟踪和稳定性控制相结合的控制算法。在稳定性控制中,针对车辆稳定性参数质心侧偏角β和路面附着系数μ不易测量的问题,基于EKF设计了车辆行驶状态参数观测器。在此基础上,设计了具有两层控制结构的车道保持控制系统。系统上层为车道线跟踪层,基于模型预测控制(MPC)理论设计了车道保持与稳定性控制系统,输出转向角和横摆力矩。系统下层为转矩分配层,基于轮胎附着椭圆对电机转矩进行最优分配,产生横摆力矩。最后搭建CarSim-Simulink联合仿真平台,以直线道路和弯道为例进行车道保持与稳定性控制系统的有效性仿真。在仿真试验中,车辆与道路中心线之间的横向位移偏差在直行车道上保持在±0.002 m且在弯道上保持在±0.2 m的可接受范围内。并且能准确跟踪期望横摆角速度,同时还能有效控制β在1°以内。仿真结果表明,本文建立的车道保持控制系统的车道线跟踪性能好,同时能够满足车辆在低路面附着系数道路上行驶时的稳定性要求。
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