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原文传递基于改进人工势场法的商用车车道保持控制研究

论文题名：	基于改进人工势场法的商用车车道保持控制研究
关键词：	商用车;车道保持控制;行驶稳定性;改进人工势场;参数优化;硬件在环
摘要：	随着我国物流业的快速发展，作为公路运输主力的商用车承担着繁重的物流货运任务，由驾驶员疲劳驾驶导致的交通事故频发。车道保持系统（LKS）可以根据道路环境和车辆状态控制车辆在目标车道内行驶，在减少交通事故方面具有重要作用。商用车由于具有载荷大、质心高等特点容易出现失稳现象，因此在车道保持控制过程中商用车的行驶稳定性是不可忽视的重要指标。基于此，本文提出了一种考虑行驶稳定性的商用车车道保持控制策略，着重研究将防失稳控制体现在车道保持的上层控制层面而非执行层面，充分考虑车辆动力学特性，并对控制器参数进行优化，以此提高车辆控制的效率和安全性。　　本文的主要研究内容为：　　（1）根据目标车型在TruckSim中搭建了整车模型与道路模型；建立了车辆动力学模型，作为控制器参考模型，并与TruckSim整车模型进行了对比验证；对混合动力电控转向系统（ECHBPS）参数进行了匹配设计，并搭建了无人驾驶工况下ECHBPS的动力学模型；根据运动几何关系，分别对直道和弯道下的跨道时间（TLC）进行推导计算。　　（2）从商用车转向稳定性的角度，分析了前轮转角对商用车动力学参数的影响以及侧滑和侧翻的形成机理；在道路人工势场（APF）的基础上构造TLC、横摆角速度和侧向加速度斥力场，并设计了基于改进APF的商用车车道保持控制器；对控制系统进行了Lyapunov稳定性证明，得到了各项势场函数增益的取值范围。　　（3）为了兼顾路径跟踪精度和行驶稳定性，建立了商用车车道保持控制综合评价指标；设计了基于积分分离式PID的ECHBPS转角跟踪控制器，并在阶跃、鱼钩和正弦转角输入工况下验证了控制器的跟踪性能；建立了包括自动转角跟踪模块、上层车道保持控制模块和离线优化模块的控制器参数离线优化系统，以综合评价指标作为适应度函数，采用自适应惯性权重粒子群（AIWPSO）优化算法，对控制器参数进行优化，得到最优的各项势场函数增益。　　（4）将优化结果代入控制器，进行了联合仿真分析，结果表明：在70km/h直道工况下，改进APF相比道路APF和单点预瞄驾驶员模型，横向偏差超调量分别降低了65.99%和22.78%，控制响应更快，纠偏能力更强；在70km/h双移线工况下，改进APF控制精度更高，在大转角处对横摆角速度和侧倾角有着明显的削峰作用，使之低于失稳极限，综合评价指标数值相比之下分别降低了23.4%和6.5%；比较70km/h与50km/h的仿真结果可以看出，随着车速降低，控制超调更小，控制效果更优。　　（5）在VCUHiL平台上对本文设计的改进APF商用车车道保持控制策略进行了硬件在环试验，试验结果表明，所设计控制策略能够在真实控制器中有效运行，满足了车道保持控制的要求，另外在防失稳控制方面具有良好的效果。　　综上，本文提出的考虑行驶稳定性的商用车车道保持控制策略，为商用车横向动力学控制研究提供了有益参考，在减少交通事故等方面具有积极的社会效益，此外本研究也丰富了人工势场法在智能驾驶领域的理论拓展与实际应用。
作者：	林子晏
专业：	车辆工程
导师：	唐斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021