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基于车路协同的路面-轮胎间附着系数估计及应用
| 论文题名： | 基于车路协同的路面-轮胎间附着系数估计及应用 |
| 关键词： | 自动驾驶车辆;车路协同;附着系数;构造深度;无迹卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 准确估计路面与轮胎间的附着系数是自动驾驶车辆控制的重要前提与条件。车辆在路面上行驶时，不同的路面状况会影响路面与轮胎的附着情况，进而影响车辆行驶的安全性及稳定性，所以有必要对路面-轮胎间附着系数进行准确估计。目前根据车辆相关实时状态参数可估计出附着系数且具有较高精度，但前方道路条件改变时无法提前估计。通过车路协同下获得前方道路的路面状况信息，估计出在该路面行驶时的附着系数，提高了自动驾驶控制的安全性与合理性。 首先，为研究不同路面的抗滑性能，提出了路面状况信息的采集方法以及建立了基于构造深度的路面摩擦系数估算模型。通过分析车路协同下的路面状况信息需求，确定信息的采集及处理方式；选取路面构造深度作为摩擦系数基础参数，根据构造深度计算干燥沥青路面的摩擦系数，根据路面构造深度和路表积水深度估计水膜厚度并计算积水路面摩擦系数。 其次，为预估前方路段路面与轮胎间附着系数，提出了车路协同下基于归一化Dugoff轮胎模型与无迹卡尔曼滤波算法的路面-轮胎间附着系数估计方法。分析车路协同下路面摩擦系数信息交互方法以及对摩擦系数进行修正；引入信息交互并修正后的路面摩擦系数至归一化的Dugoff轮胎模型计算轮胎受力情况；基于该轮胎模型和车辆七自由度动力学模型采用无迹卡尔曼滤波算法估计路面-轮胎间附着系数，并在Simulink中搭建以上模型及算法并验证其有效性。 然后，为实现路面-轮胎间附着系数在自动驾驶中的应用，提出了基于附着系数的自动紧急制动及车辆换道的控制策略。通过对自动驾驶应用场景进行分析，将其分为纵向及横向控制场景应用；考虑路面-轮胎间附着系数建立安全距离模型、划分行驶区域以及确定期望减速度，基于此形成自动紧急制动控制策略并建立逆向动力学模型实现纵向控制；考虑路面-轮胎间附着系数提出安全距离换道条件以及相应满足附着椭圆纵、横向加速度的约束条件，基于此形成车辆换道控制策略并通过五次多项式规划换道轨迹，采用线性二次型调节器实现车辆横向控制。 最后，为验证路面-轮胎间附着系数在自动驾驶控制中的应用，通过Matlabamp;Simulink与Carsim进行联合仿真。将自动紧急制动与车辆换道分别在干燥沥青路面及积水路面下进行仿真验证，其结果表明考虑路面-轮胎间附着系数使自动驾驶控制更为合理、安全。 |
| 作者： | 方剑梅 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 陈涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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