考虑驾驶员特性的车辆动力学控制算法研究
据事故统计报告表明,绝大多数的交通事故都与驾驶员的错误操作有关,特别是在车辆处于极限工况下。而在这个驾驶员进行错误操作的过程中,驾驶员的反应延迟长短是其中一个重要的因素。这个反应延迟包括驾驶员的大脑反应,从大脑反应到执行器的操作时间以及执行器的延迟等等。时间的长短在各种不同环境的影响下差别很大,驾龄、驾驶员的精神状态以及道路条件状况等因素都会对驾驶员的反应造成干扰,而这种干扰很有可能对汽车的操控稳定性造成极大的影响,甚至导致侧滑、翻车等不安全的状况发生。因此考虑驾驶员延迟的车辆动力学研究是汽车主动安全一个重要...
据事故统计报告表明,绝大多数的交通事故都与驾驶员的错误操作有关,特别是在车辆处于极限工况下。而在这个驾驶员进行错误操作的过程中,驾驶员的反应延迟长短是其中一个重要的因素。这个反应延迟包括驾驶员的大脑反应,从大脑反应到执行器的操作时间以及执行器的延迟等等。时间的长短在各种不同环境的影响下差别很大,驾龄、驾驶员的精神状态以及道路条件状况等因素都会对驾驶员的反应造成干扰,而这种干扰很有可能对汽车的操控稳定性造成极大的影响,甚至导致侧滑、翻车等不安全的状况发生。因此考虑驾驶员延迟的车辆动力学研究是汽车主动安全一个重要的研究方向。
  本文主要研究汽车动力学控制过程中考虑驾驶员因素所造成的操控稳定性影响,并通过设计控制算法来减小由于驾驶员延迟所导致的后果,以此来实现提高汽车的操控性能和稳定性能。在本文中,分别采用线控转向控制方法以及Smith补偿控制方法两种不同的控制算法来处理驾驶员延迟差异的鲁棒性问题。论文的主要工作包括以下几个方面:
  (1)建立考虑驾驶员延迟特性的汽车、轮胎以及驾驶员综合模型。通过对汽车转向过程进行动力学分析,建立了车辆横摆动力学模型。通过对轮胎特性的分析,研究了轮胎模型的非线性问题,采用模糊方法将轮胎的非线性进行线性化处理,并将轮胎的特性通过侧偏刚度这个值代入到车辆横摆动力学模型之中。建立了综合汽车操控稳定性质,轮胎的侧偏特性以及驾驶员跟踪道路特性的综合模型,并通过对跟踪道路过程进行仿真来研究驾驶员延迟对于车辆操控稳定性的影响。
  (2)通过线性矩阵不等式理论以及采用线控转向方法,设计新的鲁棒控制器以提高汽车的操控稳定性。研究线性矩阵不等式理论和定理,将车辆横摆运动用线性矩阵不等式的方式进行表示。通过龙伯格观测器对轮胎的侧偏刚度的值进行实时估计和跟踪,并通过获得的值进行鲁棒控制算法设计。该算法能够自动实现横摆角速度与质心侧偏角之间的控制权重分配。通过该算法可以实现控制器在汽车正常运行的时候保证汽车的操控性能,而在当汽车达到操控极限时,能够帮助驾驶员更好的控制车辆以防止汽车出现失稳状况的发生。
  (3)通过史密斯补偿原理对汽车转向过程中驾驶员的长延迟进行处理,并通过PID控制算法处理控制中出现的史密斯补偿器模型与实际模型不匹配问题。通过系统不确定理论对驾驶员转向过程中的延迟进行处理,并通过频率分析方法确定PID控制器参数的稳定范围。通过PID控制器和史密斯补偿器共同对驾驶员转向行为进行控制以帮助驾驶员更好控制车辆。通过仿真验证控制方法的可行性。
  (4)通过自行搭建的四轮独立驱动电动汽车平台进行差动转向实验,验证控制算法,以及对汽车的横摆运动以及硬件在环仿真进行深入学习和探索。本文利用Matlab/Simulink以及dSPACE控制器进行硬件在环仿真,通过汽车开环实验,对汽车加速、转向、制动等特性进行分析。通过进行闭环实验,分别对不变的横摆角速度以及变化的横摆角速度进行跟踪,采用换道实验、蛇形道路实验以及J-turn实验等实验工况对前轮差动转向进行研究分析。
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作者: 袁振宇
学科专业: 机械工程;车辆工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 东南大学
导师姓名: 李普 王荣蓉
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: U461.1
在线出版日期: 2018年5月28日