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基于MPC的转向制动联合避撞控制研究
| 论文题名： | 基于MPC的转向制动联合避撞控制研究 |
| 关键词： | 汽车避撞系统;路径跟踪;模型预测控制;滚动时域估计;转向制动联合 |
| 摘要： | 据中国汽车后市场白皮书数据统计，2025年我国将成为全球汽车保有量最多的国家。汽车为人们的出行带来了便利，但带来的环境和道路安全问题也日益严重。为了降低交通事故发生，提高行驶安全性，汽车的主动安全技术受到了重视和发展。汽车避撞系统作为一种主动安全技术，目前主要通过制动来实现避撞。研究表明，当车速较高时，采取转向制动联合的方式进行避撞更具有优势。因此，本文旨在探究当车辆检测到有障碍物时，通过控制车辆的转向和制动系统，使车辆能够顺利避开障碍物并保证车辆的稳定性，从而提高汽车的行驶安全性。 汽车状态参数及路面附着条件对避撞控制系统的设计有重要影响。为此，本文基于滚动时域估计（MovingHorizonEstimation，MHE）方法设计估计器，对车辆的侧向速度和路面附着系数进行了高精度实时估计。在此基础上，对不同路面附着系数、不同车速下的避撞临界距离和临界速度进行定量分析，为避撞控制系统设计提供关键参数。 针对高速低附着路面汽车采用纯转向避撞方式容易发生侧滑失稳的问题，本文基于MPC的转角优化序列对预测时域内的轮胎状态刚度进行预测，进而对预测时域内的轮胎力进行线性化，以此为基础设计了新型线性时变模型预测控制器，以期提高汽车转向避撞时的侧向稳定性，并与传统线性时变和非线性避撞控制器进行了对比。 转向制动联合进行汽车避撞控制时，执行器控制动作的分配主要采用分层式控制方法。大致分为以下两种方式：（1）上层计算出车轮转角和横摆力矩，下层基于所需的横摆力矩对车轮制动力矩进行分配；（2）上层计算出完成避撞所需要施加的横摆力矩，下层基于轮胎利用率最小对车轮转角和制动力矩进行分配。上述两种方式在进行上层控制器设计时，可能会忽略车辆动力学约束和下层执行器的物理约束等因素，进而致使碰撞的发生。本文直接以前轮转角和四个车轮的制动力矩为优化变量，设计了基于MPC的一体式转向制动联合避撞控制器，并在MPC优化目标设计时考虑轮胎力利用率。结果表明，所设计的一体式转向制动联合避撞控制器具有良好的路径跟踪性能，并能明显改善车辆的行驶稳定性。 |
| 作者： | 王书君 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李绍松;任海波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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