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原文传递基于电控助力制动系统的汽车主动避撞控制策略研究

论文题名：	基于电控助力制动系统的汽车主动避撞控制策略研究
关键词：	电控助力制动系统;汽车主动避撞控制策略;主动避撞;纵向控制;横向控制
摘要：	汽车智能化技术带动了自动驾驶汽车的发展，为交通安全提供了有效可行的解决方案，自动驾驶汽车对底盘制动系统提出了新的需求，要求其具有主动制动功能和高动态的建压能力，从而缩短制动距离，提高安全性，电控助力制动系统由于具有稳定的主动制动功能可以满足这一需求，可以更好地实现避撞功能，从而可作为主动制动执行机构用于主动避撞。主动避撞是自动驾驶汽车智能化技术的组成部分，包括纵向主动避撞和横向主动避撞，将电控助力制动系统作为纵向主动避撞的主动制动执行机构，横向主动避撞在车辆处于高速、低附着路面和低重叠率条件下相较于纵向主动避撞有更大的避撞优势。因此从提升车辆安全性的角度考虑，在电控助力制动系统的基础上，研究汽车主动避撞控制策略有着重要意义。　　本文依托国家重点研发计划“多系统高效集成轮毂电机行动模块与整车转矩矢量分配技术”（项目编号：2021YFB2500703）和吉林省科技发展计划项目“线控一体化底盘电动汽车自动换道决策与控制研究”（编号：20230101121JC），在主动制动执行机构、碰撞风险评估决策、纵向主动避撞控制和横向主动避撞国内外研究现状基础上，对基于电控助力制动系统的汽车主动避撞控制策略展开研究，具体包括电控助力制动系统主动压力多级控制、主动避撞决策算法、纵向和横向主动避撞控制。主要研究内容如下所述：　　（1）电控助力制动系统建模与控制。首先，对电控助力制动系统进行原理分析；然后，对电控助力制动系统进行数学建模，包括永磁同步电机模型、减速增扭及力耦合机构模型、液压系统模型，并对模型进行仿真验证；最后，基于电控助力制动系统设计主动压力多级控制策略，包括：前馈解耦电流控制策略、一阶非线性自抗扰控制转速控制策略、基于速度补偿的位置控制策略和主动压力控制策略，并对控制策略进行测试验证。从而为纵向主动避撞控制算法的设计奠定基础，使电控助力制动系统与纵向主动避撞控制相配合。　　（2）主动避撞决策算法研究与建立。首先，建立纵向避撞安全距离模型，确定跟车避撞期望安全距离和纵向紧急制动避撞最小安全距离；然后，结合车辆动力学和路面附着特性在内的横向避撞约束条件，对紧急转向避撞进行轨迹规划，得到紧急转向避撞五次多项式轨迹以及前方目标障碍物不同状态下的转向避撞临界纵向安全距离；最后，综合考虑前车运动状态、前车宽度、路面附着系数和自车车速，分析跟车避撞与紧急避撞之间的决策机制以及纵向紧急制动避撞与横向紧急转向避撞之间的决策机制，对纵横向主动避撞进行决策。　　（3）纵向主动避撞控制策略设计。采用分层控制的思想，首先，设计前馈加反馈的纵向加速度控制策略，以作为纵向主动避撞下层控制器；其次，针对跟车避撞模式，建立一种考虑前车加速度扰动的离散跟车运动学模型，基于模型预测控制理论对车辆的跟随性、安全性、舒适性和经济性指标进行约束优化，同时研究基于模糊控制的变权重系数对目标函数中的车间距误差、相对速度和自车加速度权重进行自适应调整，得到期望跟车避撞加速度；然后，针对紧急制动避撞模式，为匹配电控助力制动系统建压极限响应特性，对期望阶跃减速度使用跟踪微分器设计过渡处理过程；最后，搭建CarSim和MATLAB/Simulink联仿测试平台，对纵向加速度控制策略进行测试验证，同时选取典型的跟车避撞和紧急制动避撞测试工况，结合主动避撞决策机制，对纵向跟车避撞控制策略和紧急制动避撞算法进行测试验证。　　（4）横向主动避撞控制策略设计。针对主动避撞中纵向紧急制动无法规避碰撞的情况以及已规划完成的横向避撞轨迹，结合主动避撞决策算法，设计模型预测控制轨迹跟踪控制器。首先，建立简化的三自由度车辆横向动力学模型并利用状态轨迹法对其进行线性化；然后，考虑横向避撞控制需求，设计考虑避撞轨迹跟踪控制精度、执行器平稳过渡特性、能量消耗大小的目标函数，并以避撞输出边界限制和执行器执行能力为约束条件；最后，选取前车静止和匀速两种状态，每个状态下又选取路面附着系数和前车宽度不同时的三组工况，对所设计的紧急转向避撞轨迹跟踪控制器测试验证。
作者：	杨路
专业：	车辆工程
导师：	宗长富
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023