弯道工况下自适应巡航系统多目标控制研究

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自适应巡航控制系统(ACC)通过接管车辆的纵向控制,能够减轻驾驶员的工作负担,并提高汽车行驶安全性。目前,车载传感器和车联网技术的发展,使得ACC系统可以拓展到弯道条件下。与传统的ACC系统不同,在弯道高速跟车过程中,转向操作、较高的行驶车速、加/减速度等因素会使ACC车辆发生横向失稳的风险增大。虽然直接横摆力矩控制(DYC)系统可以通过对不同的车轮施加不同的轮胎纵向力从而产生附加横摆力矩,来有效地提高车辆的横向稳定性,但是在DYC系统介入的过程中,ACC与其在一些工况下可能会相互影响、冲突。本文首先针对ACC车辆在弯道跟车行驶的工况,建立ACC车辆动力学模型以及两车车间运动学模型。然后利用上述ACC车辆动力学模型和两车车间运动学模型建立、推导得到MPC框架下的预测模型。分析了ACC车辆在弯道跟车行驶时车辆各个性能指标之间存在的冲突与矛盾。如在一些工况下,对ACC车辆加/减速度的限制会使ACC的跟车性能变差。当ACC车辆的加速度受到限制时,可能会使自车与前车之间的跟车距离变大,从而导致后车的频繁切入;而当ACC车辆的减速度受到限制时,可能会发生追尾的危险。因此,ACC车辆的跟车性能和乘坐舒适性在一些工况下是相互矛盾、相互制约的。为了解决ACC车辆在跟车过程中车辆性能之间的矛盾与冲突,将可以协调解决矛盾问题的可拓控制方法引入到MPC框架下各个性能指标的权重设计当中,从而协调ACC车辆的各个性能。为了解决传统定权重MPC无法适应各种复杂工况的问题,本文利用可拓控制,根据ACC车辆的状态划分可拓区域,在不同的车辆状态和纵向跟车状态下,利用可拓控制方法中的关联度函数设计了对应的实时权重矩阵,从而进一步协调各个控制目标并提升了弯道ACC的整体性能。利用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真平台对不同权重下ACC车辆性能表现进行了仿真与分析。将传统ACC方法、传统ACC&DYC方法和本文所提出的可拓变权重控制方法的仿真结果进行了对比和分析,验证了本文方法的有效性。最后,为了验证所提出的可拓变权重弯道ACC的有效性,利用驾驶模拟器进行了驾驶员在环(DIL)试验。试验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提高ACC车辆的整体性能,实现各种控制目标之间的协调,在保证跟车性和横向稳定性的前提下,提升乘坐舒适性和燃油经济性。
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