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具有紧急换道功能的自适应巡航控制策略研究
| 论文题名： | 具有紧急换道功能的自适应巡航控制策略研究 |
| 关键词： | 汽车自适应巡航控制系统;紧急换道功能;行驶工况;模式切换 |
| 摘要： | 随着中国公路网的不断扩大，截至2021年底，全国高速公路总里程数达16.44万公里，且高速公路平均日交通流量达158889辆，交通环境也变得复杂多变。自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control,ACC）作为高级辅助驾驶系统（Advanced Driving Assistance System,ADAS）的重要功能之一，在中高端车上有着普遍应用。目前ACC系统功能单一，只能处理较为简单的工况，在面对紧急工况时无法合理和及时地处理，且对乘坐舒适性、安全性以及能量最小等问题考虑不全面。针对此问题，本文设计了具有紧急换道功能的自适应巡航控制系统，并根据多种行驶工况将整体模式划分为多个，设计基于模糊PID的定速巡航（Cruise Control,CC）控制器，同时设计基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的多目标ACC控制器和换道控制器。主要研究内容如下： 首先，需要建立车辆动力学模型，并在CarSim中对所建立的轮毂电机模型进行仿真验证；其次，本文针对多工况问题，将ACC控制与换道划分为定速巡航、跟随、接管和紧急换道四种模式，并选用安全距离、TTC和车速作为模式切换的判断条件；接着，对跟随模式下的子功能进行设计，对各种工况下的加速度进行限制，保证舒适性；最后设计下层控制器与驱动/制动切换策略。 然后，设计纵向ACC以及横向紧急换道功能的上层控制器。针对定速巡航模式，采用模糊PID设计该模式；针对跟随模式，采用可变车头时距计算期望车间距，建立纵向动力学模型。在此基础上，通过考虑跟车性、安全性、舒适性以及能量最小等优化目标，同时平滑各目标动态响应曲线，采用模型预测控制算法设计ACC上层控制器；本文针对紧急工况设计两种避撞模式，一为接管模式，自车会以最大轮缸压力进行纵向制动避撞；二为紧急换道模式，采用横向换道避撞，在轨迹规划部分，采用5次多项式作为换道轨迹，基于模型预测控制算法设计轨迹跟踪控制器，为保证换道过程中的车身稳定性，设计基于最优控制（Linear Quadratic Regulator,LQR）的横向稳定控制器，以及转矩分配策略。 最后，通过搭建CarSim/Simulink联合仿真平台，设计定速巡航、前车切入切出、紧急制动、跟随和静止障碍物等工况，验证所划分控制模式、模式切换策略以及各种控制器，实验结果表明，本文所设计的具有紧急换道功能的自适应巡航控制策略具有有效性与稳定性；同时，基于NI设备搭建硬件在环平台，设计定速巡航、前车切出以及跟随三种工况，实验结果表明所搭建控制策略具有良好实时性与可行性。 |
| 作者： | 黄栋 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 欧健;覃亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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