详情

原文传递汽车操纵逆动力学若干关键问题研究

论文题名：	汽车操纵逆动力学若干关键问题研究
关键词：	逆动力学;紧急避让;驾驶员心理负荷;最优控制;模糊综合评价;汽车操纵
摘要：	对汽车操纵动力学特性进行研究是保证汽车高速行驶安全性的重要手段。汽车高速紧急避让行驶安全性是汽车自主开发亟待解决的关键问题，也是汽车主动安全的前提和必要条件之一。汽车在高速转向行驶时，驾驶员模型参数不易确定，从而导致驾驶员模型建立困难。为了避开驾驶员建模困难问题，本文运用操纵逆动力学方法，反求出驾驶员的操纵输入。　　本文针对汽车操纵逆动力学的若干关键问题进行理论研究，探求几种具有较高效率和精度的逆动力学问题求解方法和汽车操纵稳定性评价方法。　　（1）提出一种基于最优控制理论的汽车状态的操纵逆问题的求解方法。该方法以驾驶员对汽车施加的方向盘转矩输入为控制变量，以最短距离完成紧急避让过程为控制目标。通过Gauss伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题并运用序列二次规划方法求解。采用该方法给出汽车在给定约束条件时的Matlab仿真结果。通过实车试验，仿真值和试验值的变化趋势基本一致，从而验证模型的正确性。　　（2）提出一种基于最优控制理论的汽车最速操纵逆问题的求解方法。该方法以驾驶员对汽车施加的转角输入和驱动力/制动力为控制变量，以最短时间内完成双移线过程为控制目标。通过Gauss伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题并运用序列二次规划方法求解。采用该方法计算不同汽车在同样给定路径边界时的Matlab仿真结果。仿真结果表明，相对于间接法和传统直接法，Gauss伪谱法具有求解效率高，对初值依赖性小的优势。采用该方法解决汽车的最速操纵问题，边值约束和路径约束均得到很好的满足，可以客观评价不同汽车以最短时间完成双移线过程的操纵性能。通过实车试验，仿真值和试验值的变化趋势基本一致，从而验证模型的正确性。　　（3）提出一种汽车操纵逆动力学求解方法，该方法能够用于汽车换道操纵性能的分析。为实现障碍物避让而采取的转向换道操纵必须处理很多约束问题，传统的控制方法不适合求解这个问题。基于模型预测控制（MPC）方法，以驾驶员对汽车施加的转角输入为控制变量，以最佳轨迹完成障碍物转向避让过程为控制目标，将最优控制问题转化为二次规划问题，并利用有效集法求解。计算结果表明，模型预测控制方法在求解复杂和多约束的车辆运行轨迹的最佳转向输入问题时具有潜在的优势，可以成功求解障碍物转向避让操纵逆动力学问题。　　（4）提出一种紧急避让情况下驾驶员心理负荷的研究方法。利用动态心电分析仪、Frecord数据采集系统以及动态GPS对紧急避让情况下驾驶员生理反应进行试验。基于多元线性回归统计方法，建立同一车道上汽车距前方障碍物距离、汽车行驶速度、紧急制动时最大制动踏板速度、为避障而突然转向时最大方向盘转角速度和驾驶员心率变化量的多元线性回归模型，对车距障碍物距离、汽车行驶速度、最大制动踏板速度、最大方向盘转角速度和驾驶员心理负荷之间的关系进行研究。结果表明，车距障碍物距离对最大方向盘转角速度和最大制动踏板速度的影响作用大于汽车行驶速度的影响作用，并且随着行车速度的增加和车距障碍物距离的减小，驾驶员心理负荷越大。所提供方法可为进一步分析紧急状况下驾驶员行为提供理论支持。　　（5）提出一种基于改进的模糊层次分析方法（Fuzzy-AHP），对某款车型进行主观评价试验。通过经验丰富的驾驶员对该车型指标层指标进行主观评分，并将其与已确定的权重系数相结合，得到操纵稳定性的总体性能评价结果。研究结果可以帮助汽车设计人员合理地控制汽车的结构参数，使之既适合于驾驶员驾驶又具有足够的主动安全性。
作者：	刘英杰
专业：	车辆工程
导师：	赵又群
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文