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原文传递商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略研究

论文题名：	商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略研究
关键词：	商用车;自动紧急避障;轨迹规划;跟踪控制;横摆稳定性控制
摘要：	随着我国交通运输行业的蓬勃发展，商用车保有量呈逐年递增的趋势，由商用车引发的重大交通事故也频频发生。因此，如何保障商用车的行车安全已成为目前商用车行业亟待解决的重要问题。为提高商用车在自动驾驶条件下进行紧急避障的行驶安全性，本文对商用车基于差动制动的自动紧急避障横摆稳定性控制问题展开研究。本文主要研究内容包括：商用车整车动力学模型、电子制动系统仿真模型、避障轨迹规划算法、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略，在典型工况下对商用车电子制动系统执行机构控制策略、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略进行仿真验证和分析。　　本文具体研究内容如下：　　第一，国内外研究现状。围绕本文选题，分析研究背景与意义，对轨迹规划算法、轨迹跟踪控制策略、横摆稳定性控制策略的国内外研究现状进行综述，明确本文研究内容。　　第二，建立商用车动力学模型及电子制动系统模型。首先，建立商用车八自由度整车动力学模型及基于魔术公式的轮胎模型用于后文横摆稳定性控制策略的设计，并对所搭建仿真模型的准确性进行验证；其次，基于魔术公式对轮胎侧偏刚度及纵向刚度估计问题进行研究，并用于后文轨迹跟踪控制策略的设计；最后，基于课题组现有研究成果，对商用车电子制动系统构型方案、工作原理与特性进行分析和总结，并在AMESim平台搭建其仿真模型用于后续控制策略的仿真验证。　　第三，设计自动驾驶避障轨迹规划算法和轨迹跟踪控制策略。首先，考虑避障轨迹的边界条件约束和横向稳定性约束，基于五次多项式曲线对避障轨迹规划算法进行设计，并对轨迹规划结果进行仿真分析；然后，基于模型预测控制算法对轨迹跟踪控制策略进行设计，主要包括车辆动力学模型简化、非线性模型线性化、连续模型离散化、预测模型的建立、目标函数与约束条件的确立以及计算求解。　　第四，设计基于差动制动的紧急避障横摆稳定性控制策略。首先，对紧急避障横摆稳定性控制策略总体架构进行设计；其次，对车辆横摆稳定性控制策略进行设计，主要包括车辆横摆稳定性判据设计、基于容积卡尔曼滤波算法的车辆状态估计器设计、横摆稳定性模糊PID控制器设计、差动制动策略及制动力矩分配策略设计；最后，基于逻辑门限值控制对商用车电子制动系统执行机构控制策略进行设计。　　第五，对商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略进行仿真验证。首先基于TruckSim、Matlab/Simulink、AMESim软件搭建商用车自动紧急避障横摆稳定性控制策略联合仿真平台；其次，在典型工况下对商用车电子制动系统执行机构控制策略、轨迹跟踪控制策略以及差动制动横摆稳定性控制策略进行仿真验证和分析；仿真结果表明：1）基于逻辑门限值控制的电子制动系统执行机构控制策略能够将实际制动压力的超调量控制在0.04MPa以内；2）基于模型预测控制的轨迹跟踪控制策略在未经横摆稳定性控制时的轨迹跟踪横向位移误差较大，其峰值达到38cm，但是经过横摆稳定性控制后，轨迹跟踪横向位移误差得到明显减小，且能够将其控制在21cm以内；3）基于模糊PID控制的横摆稳定性控制策略在不同工况下能够使车辆的横摆角速度减小46%~57%，质心侧偏角减小60%~73%，显著提高了车辆的横摆稳定性，此外，还能够在高附着路面工况下对车身侧倾起到一定的抑制作用。由此可知，本文所设计的横摆稳定性控制策略不仅能够有效地提高车辆的横摆稳定性，还能够极大程度地改善车辆对期望轨迹的跟踪性能。　　最后，对全文进行归纳总结，对研究过程中其他有待深入挖掘的问题进行研究展望。
作者：	王欣志
专业：	车辆工程
导师：	王军年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022