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城市工况汽车走停巡航多目标优化控制策略研究
| 论文题名： | 城市工况汽车走停巡航多目标优化控制策略研究 |
| 关键词： | 城市复杂交通工况;汽车走停巡航控制系统;多目标优化;控制策略 |
| 摘要： | 针对城市复杂交通工况的汽车走停巡航控制系统是高级驾驶辅助系统的重要组成部分，近年来受到了国内外车企及研究机构的广泛关注。走停巡航控制系统通过控制汽车的速度，能够有效降低在城市交通中频繁起步停车引发的驾驶员操作负担，提高行驶安全性以及道路通行能力。针对目前系统更多地强调行车过程中的安全性和跟随性，而忽视了驾驶员感受的问题，本论文基于分层式控制结构，还考虑驾驶员的舒适性以及车辆的燃油经济性，协调了四个相互矛盾的优化目标，研究了走停巡航控制系统多目标优化控制方法。主要研究内容如下： 首先，本文在分层式控制框架下将系统分为上层决策层和下层控制层，并对控制目标进行了分析，确定了多个关系明确的子系统。分析总结了现有的安全间距策略，设计了更符合驾驶员操控的期望安全间距模型。针对走停巡航系统应用的交通场景，将其划分为速度控制和距离控制，设计了速度控制和距离控制之间的切换逻辑，并建立状态机模型。 其次，利用Carsim建立了车辆动力学模型。以车辆行驶阻力模型为基础，分别建立了驱动/制动工况逆纵向动力学模型，并设计了包含工况过渡区间的切换策略。 再次，由于车辆逆纵向动力学模型具有时变性和非线性的特点，单纯的前馈控制不能达到下层控制层的控制精确性。因此，在逆纵向动力学模型的基础上，建立了前馈加模糊PID反馈的下层控制层算法，更好地适应城市交通复杂工况。并以四种不同的期望加速度信号作为输入，对所建的下层控制层模型进行了验证。 然后，对上层决策层架构进行分析，设计了速度控制器和距离控制器。在模型预测控制的框架下，对行车过程中车辆的安全性、跟随性、燃油经济性以及驾驶员舒适性进行分析，基于车间相互纵向动力学模型，将四个相互矛盾的优化目标转化为性能指标和系统约束，建立了多目标优化MPC距离控制策略。同时，采用PID控制方法，建立速度控制策略。 最后，搭建了基于Matlab/Simulink和Carsim的走停巡航控制系统联合仿真平台，选取包括定速巡航、低速跟随行驶、前车切入、前车切出、跟随停车、跟随起步和走停巡航七种典型工况，并在Carsim中设置结构化道路进行联合仿真。结果表明，所设计的控制算法在上述工况中都有较好的控制效果，且车辆在行驶过程中能兼顾多个优化目标。 |
| 作者： | 赵国锋 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 米林;姚祖明 |
| 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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