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原文传递分布式驱动车辆规划控制及横向稳定性控制研究

论文题名：	分布式驱动车辆规划控制及横向稳定性控制研究
关键词：	分布式驱动车辆;轨迹规划;轨迹跟踪控制;紧急避障;横向稳定性;转矩分配
摘要：	对于危险工况下驾驶员注意力不集中、无法及时准确做出判断导致道路交通事故频发的问题，在汽车行业电动化、智能化的大背景下，本课题以分布式驱动的电动车为研究平台，针对紧急避障的极限工况下，对智能驾驶系统中的局部轨迹规划以及轨迹跟踪控制进行研究，实现车辆自动控制前轮转角跟踪最优避障轨迹，并为防止车辆失稳对其横向稳定性控制集成加以研究。针对传统稳定性控制中单侧车轮制动的方式会造成动力损失、转向控制会导致前轮转角频繁修正造成驾驶体验感差的问题，采用后轮转矩矢量分配生成附加横摆力矩进行车辆的纠偏及轨迹跟踪的优化。本文主要研究内容如下：　　第一，针对所要研究的局部轨迹规划、轨迹跟踪控制、横向稳定性控制三个主要内容及行业内的主动紧急避障技术进行国内外现状的调研，了解当前主流的控制策略及所用方法，确立本课题的技术路线。　　第二，为后续规划器、控制器以及状态观测器的设计，建立线性二自由度车辆动力学模型、非线性七自由度车辆动力学模型及“魔术公式”轮胎模型，进行整车参数化动力学仿真对比验证，满足精度要求，为后续研究提供模型基础。　　第三，综合考虑计算复杂度、实时性、精确度的要求，基于模型预测控制设计局部轨迹规划器与轨迹跟踪控制器。规划器最终将避障轨迹离散点以五次多项式拟合的方式输出，轨迹跟踪控制器控制前轮转角进行跟踪，纵向控制设计双层PID控制器来实现车速保持。设计基于模糊控制的参数自适应控制器，根据车速与横向位置偏差输出模型预测控制最优的预测时域及横向位置偏差权重系数。最终仿真验证了模糊自适应调参对轨迹跟踪改进的有效性以及基于改进模型预测控制的规划控制策略的可行性。　　第四，针对极限工况下车辆横向失稳导致轨迹跟踪失败的问题，设计基于分层控制的横向稳定性控制器：上层横摆力矩控制器基于边界层滑模变结构控制，控制目标为质心侧偏角与横摆角速度，采用边界层法处理滑模控制的抖振问题，最终输出附加横摆力矩；下层转矩矢量分配控制器基于多目标优化，以轮胎负荷率的平均值及方差作为控制目标，转矩矢量分配作用于后轮，求解出最优的四轮驱/制动力矩。最终建立极限仿真工况与轨迹跟踪控制集成仿真验证，得出集成控制可以防止车辆失稳且能够优化轨迹跟踪效果。　　第五，基于整车动力学建模，搭建仿真平台，对所涉及的避障局部轨迹规划器、轨迹跟踪控制器与集成横向稳定性控制器进行联合对比仿真验证，最终得出规划器能够及时规划出躲避障碍物的最优轨迹，车辆可以通过控制前轮转角进行跟踪，转矩矢量分配下防止失稳的同时优化了轨迹跟踪控制效果。　　最后，对全文内容进行总结及展望。本文针对紧急避障的极限工况，基于模型预测控制进行规划控制，并通过模糊控制对模型预测控制参数进行自适应改进，采用分层控制集成控制车辆横向稳定性。仿真验证通过模糊调参的改进，可以优化轨迹跟踪的效果，集成横向稳定性控制后，可以防止车辆失稳导致的轨迹跟踪失败。在智能驾驶规划控制领域及动力学集成控制技术具有理论及工程意义。
作者：	刘鑫
专业：	车辆工程
导师：	宋传学
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023