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原文传递考虑路面附着系数的汽车自适应巡航控制策略研究

论文题名：	考虑路面附着系数的汽车自适应巡航控制策略研究
关键词：	汽车自适应巡航;模型预测控制;安全距离模型;路面附着系数估计;扩展卡尔曼滤波器
摘要：	汽车自适应巡航系统（AdaptiveCruiseControl，ACC）在减轻驾驶负担，提高驾驶舒适性、经济性、安全性以及道路利用率等方面具有重要作用。当前ACC产品多在良好的路面条件下完成开发和测试，但是路面附着系数大小受路面材料、天气等因素影响而改变。ACC系统的使用既受路面条件限制，也不能根据路面环境的变化自动调整车辆控制策略，导致ACC系统在应用中局限性较大。因此，有必要对路面附着系数进行较为精准的估计，形成一套面向不同路面附着系数的ACC系统，保证汽车在不同道路条件下可靠工作。同时，本课题在扩展ACC系统应用场景、提高行驶安全性、减轻驾驶负担等方面，具有重要的理论价值和实践意义。本文基于ACC分层式控制架构，针对路面附着系数实时估计、安全距离模型、多目标控制算法等内容开展研究，保障汽车在不同路面环境下安全行驶。本文主要研究内容如下：　　（1）基于扩展卡尔曼滤波的路面附着系数估计算法设计。首先，根据路面附着系数的实时估计需求建立三自由度车辆动力学模型和Dugoff轮胎模型。其次，利用路面附着系数和汽车动态参数之间的关系，采用扩展卡尔曼滤波算法对路面附着系数进行实时估计。最后，结合CarSim软件完成仿真验证。通过对比路面附着系数的实际值与实时估计值，验证估计算法的有效性。　　（2）考虑路面附着系数影响的汽车自适应巡航控制系统设计。针对车辆纵向控制，本文拟建立上/下两层分层式控制器。在上层控制器中，基于估计的路面附着系数，提出考虑路面附着系数影响的安全距离模型，求取期望间距；再根据行驶工况区分定速巡航和跟随巡航两种行车模式，通过不同的控制算法计算纵向期望加速度。其中，定速巡航模式采用PID算法；跟随巡航模式则采用模型预测控制算法。在跟随巡航中，综合考虑安全性、舒适性、燃油经济性等多个性能指标的影响设计目标函数，基于汽车性能限制和路面条件等因素设置约束条件，同时引入松弛因子扩大可行解，并推导出预测模型，最后成功转化为二次规划问题求解，获取纵向期望加速度。下层控制器则建立了驱动/制动控制切换策略，设计了基于前馈-反馈控制的ACC下层控制器，求取发动机驱动力矩和制动主缸压力，实现对期望加速度的跟踪。　　（3）汽车自适应巡航控制系统联合仿真平台。在CarSim软件中设置车辆模型、行车场景、道路模型、信号传递接口等内容。在Simulink中搭建路面附着系数估计器、上层控制器、下层控制器等内容。针对定速巡航、直道稳定跟车、前车切入、前车切出四种工况完成不同路面附着系数下的多工况适应性仿真验证，分析不同路面附着系数对ACC控制系统的影响，最后在跟随巡航工况中验证ACC系统在变化道路中的适应性。
作者：	杨薪敬
专业：	交通运输
导师：	冯莉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023