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原文传递基于传感器解析冗余的智能汽车底盘域控制策略研究

论文题名：	基于传感器解析冗余的智能汽车底盘域控制策略研究
关键词：	智能汽车;传感器;底盘域控制;控制架构;硬件在环试验
摘要：	近年来，人工智能、计算机、信息和通讯技术的突飞猛进，重新塑造了汽车的产业结构和技术，智能化和电动化已经成为汽车行业的重要战略方向。智能化和电动化技术在汽车上的应用，给汽车底盘系统带来了巨大的变革：大量底盘电控系统得到应用，执行器趋向电动化、线控化和集成化，通讯和电子电气系统发生较大改变，底盘控制功能趋向复杂化且更加重视底盘系统的功能安全。基于域集中式电子电气架构的底盘域控制技术，能够协调控制底盘各执行器，进而实现整车的运动控制，并能够解决系统耦合冲突，实现软硬件解耦，提高整车安全性与稳定性等综合性能，是汽车底盘控制领域的重要发展方向。而传感器解析冗余技术在降低硬件成本，提高自动驾驶功能安全方面有着不可替代的作用。但是，目前将传感器解析冗余和底盘域控制技术结合起来的研究较少，且在底盘域控制系统的具体算法实现、信号逻辑交互等方面的研究也较少。因此，为提高汽车的安全性与稳定性等综合性能，本文开展基于传感器解析冗余的底盘域控制策略研究。首先设计智能汽车底盘域系统架构和底盘域控制架构，然后设计传感器解析冗余算法，之后设计包括命令层、运动控制层和执行分配层的底盘域控制策略，最后通过联合仿真试验和硬件在环仿真试验对本文所提出的基于传感器解析冗余的智能汽车底盘域控制策略进行验证。本文主要研究内容包括以下四个部分：　　（1）智能汽车底盘域控制架构设计　　首先根据汽车电子电气架构的演进提出面向智能汽车的电子电气架构需求，进而明确底盘域的概念，设计底盘域系统架构；接着提出智能汽车底盘域控制系统概念，定义底盘域控制系统功能，在分析原有汽车底盘系统控制架构的基础上设计底盘域控制架构，并对底盘域控制架构中的关键模型进行动力学建模。　　（2）智能汽车底盘域传感器解析冗余算法研究　　首先分析底盘域传感器冗余方案，并设计横摆角速度和侧向加速度传感器的解析冗余架构；然后基于线性二自由度车辆模型及简化车辆模型等模型设计这两个传感器的冗余观测模型；之后设计传感器故障诊断和容错算法，包括基于冗余观测结果的残差估计、考虑汽车行驶状态的故障诊断和容错算法；最后选择典型仿真工况通过故障注入试验来验证本章所设计的传感器解析冗余算法的有效性。　　（3）智能汽车底盘域控制策略设计　　设计包括命令层、运动控制层和执行分配层的智能汽车底盘域控制策略。在命令层基于车辆及驾驶员状态实现底盘域人工驾驶和自动驾驶两种控制模式的选择，在人工驾驶模式下解析驾驶员操作得到期望纵向加速度和前轮转角，在自动驾驶模式下设计基于模型预测控制的路径跟踪算法得到期望前轮转角，并设计抗积分饱和PID算法决策出期望纵向加速度；运动控制层包括车辆稳定性判断、纵向运动控制器和稳定性控制器设计，在车辆不失稳时通过纵向运动控制器实现期望纵向加速度的跟随，在失稳时稳定性控制器介入，跟随期望纵向加速度和横摆角速度；执行分配层将运动控制层的纵向力和附加横摆力矩转化为对应的驱动电机转矩和制动轮缸压力，将命令层的前轮转角转化为方向盘转角，并将这些控制指令发送给智能汽车的底盘域执行器，在车辆不失稳时采用基于规则的扩展“I”曲线轮胎力分配算法，在车辆失稳时采用加权伪逆的轮胎力优化分配算法。最后，仿真单独验证本章所设计的模型预测控制算法、纵向运动控制算法和稳定性控制算法的有效性。　　（4）智能汽车底盘域控制策略试验验证　　首先建立MATLAB/Simulink-CarSim联合仿真平台，开展典型工况的底盘域控制策略仿真试验；然后建立包含线控制动系统、实时仿真机Simulator、原型控制器MicroAutoBox和车辆动力学仿真软件CarSim的dSPACE硬件在环仿真平台，同样开展典型工况下的底盘域控制策略硬件在环仿真试验。结果表明，本文所建立的基于传感器解析冗余的智能汽车底盘域控制策略能够实现底盘域传感器解析冗余，驾驶员或智驾系统的命令解析，车辆的横纵向运动控制和稳定性控制等功能，从而提高了智能汽车的安全性和稳定性。
作者：	靳万里
专业：	车辆工程
导师：	朱冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022