4WS整车虚拟样机建模与动力学仿真

为了改善汽车在高速行驶转弯时的操纵稳定性,运用动力学仿真软件ADAMS,在其专业汽车模块ADAMS/CAR下研究了4WS汽车建模及其瞬态和稳态操纵动力学特性。以质心侧偏角和横摆角速度响应为评价指标,在角阶跃输入下高速转弯时,对前后轮转角成比例关系的4WS汽车和FWS汽车分别做了动力学仿真研究。对比分析了两者的质心侧偏角和横摆角速度响应特性,从分析结果得出,后轮主动参与转向,总体上有助于改善汽车在高速行驶转弯时的动力学响应特性,但是不同的因素也会对操纵稳定性产生不利的影响。     

自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划与最优控制模型

自动驾驶环境下的交叉口基于车车/车路之间的双向信息交互, 能保障自动驾驶车辆相互穿插与协作地通过交叉口, 而无需信号灯控制. 因此, 如何设计高效的面向自动驾驶车辆通行的交叉口管控模型, 已成为研究的热点. 已有研究在建模时, 均基于自动驾驶车辆在交叉口内部的行驶路径已知并作为模型输入, 且大多对交叉口内部的冲突点进行简化. 本文首先将交叉口空间离散化处理, 考虑车辆的实际尺寸并面向非常规交叉口, 使用椭圆曲线建立转弯车辆行驶路径的精确轨迹方程, 再通过外边界投影降维法建立轨迹方程和交叉口空间的映射关系. 建立了基于混合整数线性规划(Mixed integer linear programming, MILP)的自动驾驶交叉口管控模型, 以交叉口总延误最小为控制目标, 同时优化车辆在交叉口的最佳行驶路径和驶入时刻, 使用AMPL (A mathematical programming language)对模型进行编译并使用CPLEX求解器求解. 与经典感应控制和先到先服务模型进行对比, 结果表明, 本文所提出模型能对车辆进入交叉口的时刻和行驶路径进行双重优化, 显著降低自动驾驶车辆通过交叉口的车均延误, 提高交叉口空间的利用效率.     

适用全速域大曲率路径的自动驾驶跟踪算法

目的 路径跟踪是自动驾驶汽车根据感知、决策和规划结果正确沿道路行驶的关键部分。目前路径跟踪算法难以在全速域、复杂路径场景和高自由度动力学模型下取得优异的性能,并且未考虑与纵向控制的耦合特性,限制了控制算法的跟踪性能。针对以上问题,提出了一种基于速度自适应预瞄的无模型转向控制算法。方法根据车辆与跟踪路径的横向偏差与角度偏差,建立车辆方向盘输出控制量方程,该方法实现了在动力学高度复杂情况和跟踪路径可导情况下的低速稳定跟踪。同时根据车辆纵向速度自适应设置跟踪预瞄距离,并将速度耦合参数加入方程,实现了车辆全速域、全路径的稳定跟踪。结果 本文在PanoSim自动驾驶仿真系统和Simulink仿真软件进行仿真实验,在高自由度动力学模型下,本文算法实现在超高速（>220 km/h）直线及小曲率跟踪路径中横向偏差变化量Δd的模Δd<0.1 m、在高速（>150 km/h）大曲率弯道跟踪路径中Δd<0.3 m的性能。结论 本文提出的基于速度自适应预瞄的无模型转向控制算法可以实现全速域、大曲率的路径稳定跟踪。     

四轮转向车辆操纵稳定性仿真分析

对四轮转向车辆的转向特性进行了理论分析,并对某控制策略的四轮转向车辆为例进行了仿真.建立了四轮转向车辆操纵动力学模型,分析了前轮角阶跃输入下四轮转向车辆的稳态响应和瞬态响应与传统前轮转向车辆的主要区别;在四轮转向车辆状态方程的基础上二求解出横摆角速度和侧向加速度与前轮转角的传递函数,与前轮转向车辆对比分析了传递函数零、极点位置对响应特性的影响.借助Matlab/Simulink,对四轮转向车辆进行仿真,发现仿真结果与理论分析吻合.将仿真结果与前轮转向车辆进行比较,阐明了四轮转向车辆的性能优势.研究结果可为评价四轮转向车辆的系统设计提供理论依据.     

基于VC的AHS车辆自动驾驶仿真实现

该文结合选定的车辆系统动力学模型,利用VisualC++6.0强大的库函数和内部响应机制实现了一种基于改进型PID算法的汽车自动驾驶仿真。仿真实验结果表明,作用于AHS车辆的控制算法收敛快、超调小,能使车辆根据路况信息和车间状况自动做出校正动作,在多车连锁运行模型中,亦能实现车辆的高速跟驰。     

基于轮胎状态刚度预测的极限工况路径跟踪控制研究

为解决高速极限工况下自动驾驶车辆紧急避撞时传统路径跟踪控制方法因轮胎力表达不精确导致的路径跟踪失败问题, 提出一种基于轮胎状态刚度预测的模型预测路径跟踪控制方法. 首先, 基于非线性UniTire轮胎模型求解的轮胎状态刚度对非线性轮胎力进行线性化处理. 其次, 基于期望路径信息提出状态刚度预测方法, 实现预测时域内轮胎力的预测和线性化. 最后, MATLAB和CarSim联合仿真实验表明: 所提出的方法能够明显改善高速极限工况下的避撞控制效果.     

复杂车路环境下自动驾驶车辆换道仿真研究

自动驾驶车辆换道决策的算法设计对确保自动驾驶车辆的安全平稳运行至关重要.在现有研究基础上,综合考虑了换道车辆与原车道、目标车道前后多辆车的冲突关系,通过引入车辆侵略系数建立复杂路况下的多人动态博弈模型,以寻找自动驾驶车辆在复杂车路环境下的换道决策以及轨迹线规划的最佳策略.随后,通过NGSIM(Next Generati...     

基于运动预测的路径跟踪最优控制研究

针对自动导引车的路径跟踪.提出一种基于运动预测的线性二次型调节器优化模型.在速度约束下.从全局角度通过运动预测达到多步控制的最优协调性.在目标函数中只包含速度控制量,避免了加权矩阵选择的难题,算法的快速性由控制步数的最小化来保证.数字仿真和实验均表明.对于不同速度和路径偏差,该算法均能产生可实现的最优控制序列,同步、快速和平稳地消除两种偏差,且计算量小,可满足嵌入式控制系统实时滚动优化的需求.     

基于横摆率跟踪的4WS车辆闭环操纵稳定性

从车辆操纵稳定性多状态量的响应等方面着手,提出了4WS车辆横摆率跟踪多状态最优控制方案,建立了考虑四轮转向车辆动态响应的闭环操纵稳定性仿真模型,比较了采用横摆角速度多状态最优控制方法与前后轮转向比是车速函数的四轮转向控制方法的操纵稳定特性.结果表明对于使用横摆角速度多状态最优控制的4WS车辆,其转向过程中的侧向加速度和横摆角速度等操纵稳定性瞬态特性均明显优于其它4WS控制方法的车辆,同时保持操纵稳定性的稳态特性不变.     

高速4WID-4WIS自主车路径跟踪控制

高速4WID-4WIS自主车采用独立悬挂结构,所有车轮均可独市驱动、制动和转向.对自主车路径跟踪问题进行几何和运动学上的描述,结合Burckhardt非线性轮胎模型建立自主车作路径跟踪运动时的2阶动力学模型,提出自主车进行路径跟踪的协调控制体系结构,利用白抗扰控制方法设计路径跟踪系统纵向速度、侧向位移和横摆角运动3个动...     

基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶

本文提出车辆坡道行驶的预见性时滞控制有效性概念,建立基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶的动力学控制模型,给出稳定控制的有效性判据.根据有效性控制理论,推导坡道前变速行驶的动力学特征方程,得到上坡和下坡预见性驾驶有效性控制参数范围.仿真结果表明,控制系统的有效性控制参数由不等式交集组成,与转弯系数、风阻系数和负时滞有关.选取合适的控制参数和时滞,有效设计冲坡(下坡)速度,减少油耗,实现无人驾驶车辆的生态驾驶.     

基于约束H∞输出反馈的四轮转向模型跟踪控制

以跟踪参考模型为控制策略,提出一种基于约束H_∞输出反馈控制的四轮转向（4WS）控制新方法．将前馈控制和反馈控制相结合,同时控制前、后轮转角,以实现实际车辆模型对参考模型的期望性能跟踪．兼顾抗干扰能力与执行机构输出饱和,将约束H_∞输出反馈控制应用于反馈控制器的设计．仿真实验表明所设计的4WS车辆系统可以很好地跟踪参考车辆模型,提高了车辆的操纵稳定性．     

自动导引车路径跟踪控制

路径跟踪控制算法是自动导引车(AGV,automated guided vehicle)控制系统设计的关键问题之一.推导了差速驱动式AGV的运动学模型,结合反演控制方法设计了变结构控制的切换函数,基于指数趋近律设计了路径跟踪变结构控制器,并采用饱和函数代替符号函数消除抖振.在不同速度和任意初始位姿误差条件下,仿真分析了对直线、圆周和曲线参考路径的跟踪能力,结果验证了控制器的有效性.     

适用于路径跟踪控制的自适应MPC算法研究

为提高自动驾驶车辆在不同工况下的路径跟踪精度和行驶稳定性,基于车辆的单轨模型和模型预测控制（MPC）理论,提出一种依据跟踪偏差和道路曲率自适应调整成本函数权重系数的路径跟踪控制算法。该算法主要是通过模糊控制理论动态优化传统MPC路径跟踪控制器中权重系数矩阵,使得当车辆与参考路径偏差比较大时,能够快速减小跟踪偏差,保证车辆行驶的安全性;当路径跟踪偏差比较小,且参考路径曲率比较小时,使得系统更加侧重行驶稳定性的要求。为验证所设计的路径跟踪控制器的性能,搭建CarSim/Simulink联合仿真模型,在联合仿真过程中,基于权重系数自适应的MPC路径跟踪控制器与基于权重系数为常量的MPC路径跟踪控制器相比,路径跟踪精度和车辆的行驶稳定性均得到了提高。     

四轮转向汽车最优转向控制研究

为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势,对汽车转向的理想状态进行分析,构建理想转向模型。依据具有二次型性能指标的最优控制理论,以汽车转向理想模型作为跟踪目标,采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略,对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行研究。利用Matlab工具,对所提出的后轮转向最优控制方法进行仿真。仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善汽车转向的瞬态与稳态响应特性,其瞬态响应的超调量减少,稳定时间缩短;侧向滑移的稳态值有所降低,从而提高汽车转向的操纵稳定性。     

四轮转向半挂汽车列车行驶稳定性仿真研究

通过分析四轮转向(4WS)半挂汽车列车行驶性能,为在牵引车上采用4WS技术能提高整个汽车列车行驶稳定性提供依据.建立4WS半挂汽车列车简化三自由度单轨动力学模型,在小角度转向和直线行驶两种行驶工况下对操纵稳定性能进行时域仿真研究.理论分析和基于MATLAB的仿真研究表明,4WS技术能使车辆的横摆角速度等状态量保持较小数值.稳定性好.最后,与只有前轮转向(FWS)牵引车列车的稳定性能作对比分析,验证出4WS对列车的高速稳定性和低速机动性有明显的好处.