混合动力汽车自适应巡航控制方法的研究

【摘要】：汽车自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)是先进的驾驶员辅助系统,该系统能够很好的满足人们对行车智能性、安全性以及舒适性的要求;汽车自适应巡航驾驶大多数运行在跟随工况下,因此新一代ACC系统研究集中在汽车跟随工况的巡航控制上。在运行里程不断累加的情况下,车身参数的变化会导致整车控制器操作功能的失配,这对车辆的动力性能和驾驶体验造成严重影响,在特殊情况下甚至会发生控制器失效问题,针对巡航系统模型与控制器的设计研究对保证汽车驾驶的稳定性具有重要意义。本文讨论了汽车自适应巡航控制在跟随模式下的两个问题,一是对数据驱动跟随模式进行建模,二是基于安全车距的跟随控制器设计。本文以并联式混合动力汽车为控制对象,综合考虑到模型失配、控制器设计鲁棒性较差等问题,提出了一种基于输入输出数据驱动的巡航系统离散二阶滑模控制策略,该方法在实现节能减排的基础上有效的提高了车辆巡航的安全性能。首先,根据汽车的动力学特点结合多传感器采集到的车辆参数数据,通过“车间时距”策略建立了跟车过程中整车需求转矩与车距误差的预测模型,本文采用了数据驱动子空间辨识的方法,利用巡航系统输入输出数据辨识子空间模型中的参数,显著提高了该模型的建模精度;在此基础上,为提高控制器的抗干扰能力以及不确定性情况下巡航系统的跟随精度,改善传统离散滑模的抖阵问题,本文设计了离散二阶滑模预测控制策略,实现了实际车距与驾驶员人为设定的安全距离的偏差最小;最后,采用粒子群优化算法以整车效率最优为目标进行混合动力汽车的发动机和电机间的转矩分配。应用Cruise软件建立了汽车动力学模型,在Matlab/Simulink环境下进行了联合仿真,验证四种典型工况下控制器的控制效果。结果表明本文所提出的ACC控制策略可实现实际车距与期望安全车距的有效跟进,对前车加减速识别具有较好的鲁棒性,同时发动机、电机在跟随过程中能够良好的协调工作,整车效率均在80%左右,确保了在实现自适应巡航功能情况下最大限度地提高了整车的效率。 【关键词】：ACC 子空间辨识 离散滑模 效率
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题的来源及意义7-8
• 1.2 自适应巡航控制系统发展现状8-10
• 1.3 自适应巡航系统控制结构10-14
• 1.3.1 交通信息辨识11
• 1.3.2 安全车距模块11-12
• 1.3.3 自适应巡航主控系统和执行机构系统12-13
• 1.3.4 人机接口13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 混合动力汽车自适应巡航系统建模15-33
• 2.1 混合动力汽车纵向动力学模型15-17
• 2.1.1 混合动力汽车纵向动力学分析15-16
• 2.1.2 混合动力汽车整车转矩分析16-17
• 2.2 自适应巡航系统的控制结构17-18
• 2.3 自适应巡航系统的安全车距18-20
• 2.4 自适应巡航系统跟随模式下基于数据的子空间模型20-32
• 2.4.1 子空间模型辨识20-21
• 2.4.2 子空间模型辨识输入输出数据21-22
• 2.4.3 基于数据的自适应巡航系统跟随模式下子空间模型22-28
• 2.4.4 基于增广最小二乘的自适应巡航系统子空间模型参数估计28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 自适应巡航系统离散二阶滑模控制器设计33-41
• 3.1 离散时间滑模变结构控制33-35
• 3.1.1 离散准滑动模态的到达条件33-34
• 3.1.2 离散变结构控制系统的等效控制34
• 3.1.3 离散变结构控制系统的切换控制34-35
• 3.2 离散系统的抖振及其削弱方法35-38
• 3.2.1 造成抖振的因素分析35-37
• 3.2.2 削弱抖振的方法37-38
• 3.3 基于离散二阶滑模的自适应巡航系统控制38-40
• 3.3.1 滑模变量设计38-39
• 3.3.2 控制律的设计39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 自适应巡航系统的转矩分配与协调控制41-47
• 4.1 混合动力汽车转矩分配系统设计41-42
• 4.2 粒子群优化算法概述42-43
• 4.3 基于粒子群优化算法的整车转矩分配43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 自适应巡航系统控制策略的仿真分析47-57
• 5.1 CRUISE仿真软件的开发47-48
• 5.1.1 CRUISE软件简介47-48
• 5.1.2 CRUISE与Matlab的接口的选择48
• 5.2 系统软件仿真平台48-51
• 5.3 自适应巡航控制算法仿真研究51-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 全文总结和展望57-59
• 6.1 全文总结57
• 6.2 研究展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 作者简介63
• 攻读硕士学位期间研究成果63

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