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商用车紧急换道避撞及防侧翻控制研究
| 论文题名： | 商用车紧急换道避撞及防侧翻控制研究 |
| 关键词： | 换道避撞;防侧翻;商用车;轨迹规划;轨迹跟踪;侧翻稳定性 |
| 摘要： | 随着车辆数量的增多，路面交通事故也层出不穷。因此，汽车主动安全技术成为各大汽车厂商研究的热点。当车辆在高速行驶过程中，前方遇见障碍物，采取紧急制动，往往无法有效避撞，单纯的AEB技术难以满足复杂的交通环境。商用车因其质心高、质量大的特点，在高车速、急转弯时车辆更容易出现侧翻问题。因此，本文提出一种商用车紧急换道避撞防侧翻控制策略，优先考虑车辆避免碰撞问题、再考虑行驶稳定性、最后考虑轨迹跟踪误差。此控制策略不仅可以保证车辆安全换道，还能顾及到车辆操作稳定性，本文研究内容具体如下。 （1）阐述了课题研究的背景和意义，同时从轨迹规划、轨迹跟踪、侧翻稳定性控制三个方面介绍了研究现状。 （2）考虑车辆实际动力学与运动学约束，采用曲线插值法中的五次多项式规划避撞轨迹，模型预测控制（ModelPredictiveControl，MPC）对轨迹进行跟踪。模型预测控制轨迹跟踪主要内容包括：预测模型的线性化和离散化处理、目标函数的设计、约束条件的建立等。设计好避撞控制策略后，最终在无侧翻稳定性控制下进行车辆轨迹跟踪和侧翻稳定性分析，结果表明，车速在80km/h以下，轨迹跟踪情况和侧翻动力学参数都在合理范围内，而车速超过90km/h以后轨迹跟踪误差较大，车身侧倾角、横向载荷转移率（Lateral-loadtransferrate，LTR）、侧向加速度都超过了安全范围，因此需要防侧翻控制。 （3）针对车辆高速避撞轨迹跟踪误差大且有侧翻风险发生等问题，设计了两种防侧翻控制策略。首先是差动制动防侧翻，采用了基于模糊控制和自适应神经模糊系统控制两种方法设计了附加横摆力矩控制器，和基于模糊控制的差动制动相比，自适应神经模糊系统防侧翻控制效果更好。差动制动有效降低了侧向位移和横摆角跟踪误差，同时也降低了侧向加速度，控制了车辆横摆运动，间接防止了车辆侧翻。其次是主动悬架防侧翻，由于它可直接控制车辆侧倾运动，因此设计了基于自抗扰控制（ActiveDisturbanceRejectionControl，ADRC）的主动悬架防侧翻控制策略。又因为ADRC参数多且不易调参，因此采用灰狼粒子群算法优化ADRC参数，仿真结果表明经过优化后的ADRC对车身侧倾角、横向载荷转移率改善更加明显，但侧向位移、横摆角跟踪误差较大，横向稳定性较差。 （4）总结差动制动和主动悬架各自优势，按照避免碰撞、车辆稳定性、轨迹跟踪先后顺序设计集成控制策略。集成控制策略采用分层控制，上层控制器协调差动制动和主动悬架在不同工况下工作，下层子系统收到指令后按照各自控制策略工作，仿真结果表明集成控制可将轨迹跟踪误差控制到最小，且侧翻动力学相关参数都在安全范围内。 |
| 作者： | 张美杰 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 张勇;覃亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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