考慮道路幾何特征的車(chē)速自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)數(shù)量的急劇增多，道路交通安全問(wèn)題日趨嚴(yán)重。由于車(chē)輛具有高速移動(dòng)性，且道路存在陡坡、急彎、不規(guī)則路面等復(fù)雜的幾何特征，行駛在相關(guān)道路上的車(chē)輛經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)追尾、側(cè)翻等交通事故。智能車(chē)輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，廣泛涵蓋了以主動(dòng)安全為導(dǎo)向的先進(jìn)車(chē)輛輔助駕駛與自動(dòng)駕駛功能，可以提高道路通行能力，提升交通安全性和快捷性，并在此基礎(chǔ)上節(jié)約能源、減少污染等。在不同道路幾何特征條件下的車(chē)速自適應(yīng)控制一直是智能車(chē)輛關(guān)鍵技術(shù)的研究重點(diǎn)和

2、難點(diǎn)。半實(shí)物仿真技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試的便捷性、復(fù)驗(yàn)性、適應(yīng)性以及安全性方面具有實(shí)車(chē)道路實(shí)驗(yàn)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文依托武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心構(gòu)建的道路交通仿真系統(tǒng)，采用半實(shí)物仿真技術(shù)，針對(duì)不同道路幾何特征的車(chē)速自適應(yīng)控制問(wèn)題，提出了一些新的評(píng)價(jià)函數(shù)，以提高控制律的適應(yīng)性。
　　首先，引入相似理論，對(duì)理論模型與仿真縮微車(chē)之間的幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似以及動(dòng)力相似三個(gè)方面進(jìn)行分析，構(gòu)建了縮微車(chē)模型與智能調(diào)控模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)標(biāo)定方法。在

3、道路幾何建模方面，采用回旋線函數(shù)建立彎道和坡道幾何模型。在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方面，采用拉格朗日法建立基于3自由度的車(chē)輛縱橫向耦合模型，包括縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)與橫擺運(yùn)動(dòng)的耦合?；诘缆方煌ǚ抡嫫脚_(tái)和車(chē)輛硬件在環(huán)系統(tǒng)，建立了車(chē)速自適應(yīng)控制方法實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
　　接著，分別引入坡道和彎道幾何線形特征，提出考慮道路幾何特征的評(píng)價(jià)函數(shù)，設(shè)計(jì)了車(chē)速自適應(yīng)控制方法。在坡道條件下，推導(dǎo)了坡度角及其變化率的計(jì)算公式。根據(jù)系統(tǒng)耗散性所反映的能量損耗特性，將車(chē)

4、速自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)化成以能量存儲(chǔ)函數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的H∞控制問(wèn)題。建立關(guān)于車(chē)速調(diào)控的γ耗散性能準(zhǔn)則，采用HJI方法(Hamilton-Jacobi-Issacs)，將控制律的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為構(gòu)造包含坡道幾何特征激勵(lì)費(fèi)用和車(chē)速、縱向加速度變化補(bǔ)償費(fèi)用的能量存儲(chǔ)函數(shù)。采用Backstepping方法，沿著車(chē)速控制系統(tǒng)的積分器鏈信號(hào)傳遞的正向，通過(guò)逐步逼近γ耗散不等式的方式，設(shè)計(jì)車(chē)速自適應(yīng)控制律。在MATLAB環(huán)境下開(kāi)展坡道自主駕駛的智能車(chē)速調(diào)控仿真實(shí)驗(yàn)，

5、對(duì)整個(gè)上、下坡道的牽引力變化分析，結(jié)果表明考慮坡道幾何特征的車(chē)速自適應(yīng)控制律不僅可以根據(jù)上下坡的坡度角變化自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)速，且具有車(chē)輛行駛安全性高，能量消耗低的優(yōu)勢(shì)。
　　在彎道條件下，對(duì)彎道曲率及其變化率的計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，建立車(chē)速調(diào)控γ耗散性能準(zhǔn)則，將橫向偏差自調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化成以偏差平方和最小的最優(yōu)控制問(wèn)題。構(gòu)造包含彎道幾何特征激勵(lì)費(fèi)用和車(chē)速、橫向加速度變化補(bǔ)償費(fèi)用的評(píng)價(jià)函數(shù)，采用LMI方法將控制律設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為滿足橫向偏差控制系統(tǒng)Hurw