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Benz-Actros车身纵向控制器设计研究
| 论文题名： | Benz-Actros车身纵向控制器设计研究 |
| 关键词： | 自动驾驶;车身纵向控制器;PID;模糊控制;MATLAB |
| 摘要： | 近年来，由于交通拥挤的困扰，和对车辆驾驶舒适性、安全性程度的追求，智能交通系统越来越受到人们的重视；而作为智能交通在目前更接近于实用化的子系统：自动驾驶技术得到了更为广泛的研究和尝试。通过与德国奔驰研发中心重型卡车部合作，本文对自动驾驶领域的核心技术车身纵向控制器设计进行深入的研究，控制对象为奔驰新一代重卡—Actros。 与以往基于程序的控制器开发思路不同，本文采用了基于模型的新型控制器开发理念：V模式。利用强大的计算和仿真工具MATLAB建立起车身纵向控制器的模型，并以模型为基础进行系统仿真，设计与验证控制算法的正确性，为V开发模式的下游流程提供了坚实的支撑。在控制器设计算法上，考虑到载重卡车的严重非线性，采用了内环和外环两个控制层来设计。内环的控制回路，其核心是一个基于模型的加速度控制器，控制核为预调增益PID控制器，这一层与车辆属性的相关性相当大，PID控制器的预调余地为车辆离合器的挡位数(16级)，在车辆不同的工况下，内环控制器自动调整PID控制器的控制参数并进行相关的工况平滑，实现了整体的非线性与局部线性的融合；而在外环，线性距离控制器通过相应的软、硬件控制着车排内部前后车辆之间的安全距离。创新式的两层控制系统也使得内、外层能够并联设计，提高了设计效率。 控制器模型在MATLAB内部是模块化、层次化地进行建立的，整个模型按照系统功能划分为：组织控制器与车辆模型之间数据输入输出的参数准备模块、采用预调增益PID控制策略的加速度控制器、输出量计算和输出模块。模型大部分采用MATLAB控制与仿真工具箱SIMULINK建立，部分逻辑结构采用基于有限状态机原理的STATEFLOW完成。考虑到车辆控制的实际场合，数据测量与传送中存在脉冲干扰和误码，本文对在控制中所使用到的滤波器进行了研究，并设计出了比例滤波器、微分滤波器。在滤波器设计时，采用近似差分法得出相应的时域离散方程，并建立SIMULINK模型。通过对相关的输入输出信号进行滤波处理，收到了不错的仿真效果。 最后，本文对车身纵向控制器进行了模糊控制方面的尝试。创新性地使用离合器状态代替通常模糊控制器中变化的微分量作为模糊控制器输入，即使在仅使用模糊控制器对车辆模型进行控制的时候，就收到较好的效果。结果充分体现了模糊控制的快速性和高鲁棒性。随后，把模糊控制的快速性和小超调性与PID控制的无差性通过加速度偏差阈值相耦合，设计出PID模糊复合控制器，在实际仿真中，得到了预期的效果。 |
| 作者： | 刘银峰 |
| 专业： | 轮机工程及自动化 |
| 导师： | 黄河 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2002 |
| 正文语种： | 中文 |
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