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四轮独立驱动无人驾驶电动车辆轨迹跟踪策略研究
| 论文题名： | 四轮独立驱动无人驾驶电动车辆轨迹跟踪策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;无人驾驶;轨迹跟踪;控制策略 |
| 摘要： | 电动化和智能化作为目前汽车工业的发展方向，已经成为国内外学者、科研院所和企业的研究热点。电动汽车不仅可以减少人类对不可再生资源的消耗，改善环境问题，还可以带来传统燃油车辆难以企及的NVH品质。四轮毂电机独立驱动是电动汽车一种独特驱动形式，由于动力系统直接集成在车轮，所以可以对各轮驱动力矩和转速进行独立精确控制，此结构为先进控制算法的实现奠定了基础。无人驾驶技术是车辆智能化的高级阶段，是实现交通事故“零死亡”关键技术，而轨迹跟踪是实现智能车辆自主驾驶的基本要求。本文将以四轮独立驱动电动汽车（Four-Wheel-Independent Electric Vehicle，FWID-EV）为对象，研究无人驾驶车辆轨迹跟踪控制策略，既要满足对期望轨迹的精确跟踪，还要符合高速和低附工况行驶稳定性的要求。 首先，利用Matlab/Simulink和CarSim搭建FWID无人驾驶电动汽车轨迹跟踪控制仿真平台。根据轮毂电机结构特点对CarSim模型的动力系统和底盘系统进行修改。基于简化的速度控制策略和力矩分配方法，利用开环转角仿真实验验证了模型的可靠性。 其次，针对高速和低附工况行驶稳定性要求，研究了以跟踪期望橫摆角速度为控制目标的滑膜控制算法和基于模糊自适应PI的纵向车速控制策略。算法设计时，以等效滑膜控制为基础利用三自由度车辆模型设计了等效控制项；并以双曲正切函数代替不连续的符号函数设计切换鲁棒控制项，有效的削减了抖振现象。为考虑速度变化对轨迹跟踪精度的影响，提高纵向车速控制的稳定性和鲁棒性，将速度误差和其变化率作为模糊控制器的输入，通过模糊推理在线整定PI控制器参数，保证了对纵向车速的跟随性能。以轮胎利用率做为优化函数，基于伪逆法设计了力矩分配算法。 然后，建立了前轮主动转向的滚动时域优化算法。为简化车辆模型，减小控制难度，首先基于小角度假设和线性轮胎模型，建立了联合车辆运动学和横向动力学的二自由度车辆动力学模型。设计优化函数时，将轨迹跟踪精度作为最基本的目标；其次为提高乘坐舒适性，将控制量约束加入了优化问题。为使横摆角速度可以表征车辆稳定性，优化求解中加入质心侧偏角约束。将最优问题转化为二次规划，利用有效集求解二次规划得到前轮转角控制量。最后设计了轨迹跟踪分层控制策略，上层控制器负责求解前轮转角，中层跟踪橫摆角速度，下层负责跟踪期望纵向速度和解决力矩分配问题。 最后，基于本文建立的仿真平台，进行多轨迹、多车速、多路面附着系数的仿真验证，结果表明本文建立的策略能够完成在高速和低附路面对目标轨迹的稳定跟踪能力。 |
| 作者： | 李君臣 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 郭烈 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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