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原文传递汽车在两种转向工况下的路径规划与路径跟踪研究

论文题名：	汽车在两种转向工况下的路径规划与路径跟踪研究
关键词：	汽车工程;路径规划;路径跟踪;低速平行泊车转向工况;高速紧急避让转向工况
摘要：	随着世界汽车工业的飞速发展，汽车在给人们日常生活带来便利的同时也导致了日益增多的道路交通事故。先进驾驶员辅助系统ADAS(advanced driver assistance systems)能够减轻驾驶员的疲劳，减少道路交通事故的发生，提高驾驶的安全性和舒适性。近30年，先进驾驶员辅助系统成为汽车生产厂商和国内外学者的研究重点，从早期的防抱死制动系统ABS(anti-lock braking system)、电子车身稳定系统ESP(electronic stability program)发展到现代的自动泊车系统APS(automatic parking system)、紧急避让系统ECAS(emergency collision avoidance system)。针对低速平行泊车转向工况和高速紧急避让转向工况，进行两种转向工况下的路径规划与路径跟踪相关理论研究。采用理论分析与工程实践相结合的方法，完成平行泊车系统的自主开发。本文完成的主要工作如下：　　（1）针对低速平行泊车转向工况，提出了一次泊车入位和多次泊车入位路径规划方法。采用逆向思维方式，根据泊车过程中汽车与周围障碍物可能发生的碰撞，设计泊车起始位置选择模糊控制器。　　（2）将自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)方法应用到低速泊车路径跟踪中，提高了车辆泊车高精度侧向控制问题。考虑泊车速度变化、转向机械部分运动学模型不确定性以及转向系统延迟，建立基于ADRC方法的路径跟踪控制器。采用预瞄跟随理论，建立基于侧向位移跟踪的线性扩张状态观测器LESO(linear extended state observer)。考虑车辆偏航角度，利用双曲正切函数的单调有界性，应用路径侧向位移偏差与偏航角偏差的非线性组合函数，建立基于侧向位移和偏航角的路径跟踪自抗扰控制器。利用实验车进行平行泊车系统实车测试，验证了路径跟踪控制器的有效性。将滑模迭代方法应用到自抗扰控制器的设计中，建立滑模自抗扰控制器，提高了低速泊车转向工况下不同轴距车辆路径跟踪的鲁棒性问题。　　（3）将LESO用于估计轮胎与地面之间的纵向附着系数。路面附着系数估计能够为紧急避让路径规划与路径跟踪提供理论依据。建立双轮车辆制动动力学模型，利用滑模变结构控制建立车辆滑移率控制器，采用积分切换面消除滑模控制器的抖振问题，利用LESO将路面附着系数项观测出来，实现附着系数实时估计。　　（4）针对高速紧急避让转向工况，提出基于车辆横摆角速度和车辆行驶路径曲率的自抗扰路径跟踪方法。以二自由度车辆模型为基础，分别建立基于横摆角速度控制和基于曲率控制的自抗扰路径跟踪控制器，并与基于LQR控制方法设计的路径跟踪控制器的控制效果进行对比。通过实车试验确定最优预瞄时间，利用Carsim/Simulink进行联合仿真，仿真结果与有经验驾驶员实车试验结果相吻合。考虑高速避让过程存在外界环境干扰和参数变化对控制器的鲁棒性进行仿真验证。
作者：	王健
专业：	车辆工程
导师：	赵又群
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文