基于agents系统的汽车转向制动稳定协同控制*

为了解决车辆转向过程中防抱死制动稳定性问题,提出multi-agents协同控制方法。首先利用黑板规则,根据转向系统和各个车轮agent状态以及整车状态进行任务协同,得到使汽车转向制动稳定的期望参考值。这些值可以自适应调节。其次在车辆伺服系统中采用改进自抗扰控制方法设计汽车纵向控制器和转向控制器,使伺服控制系统有更好的鲁棒性能进行精确跟踪期望输入命令。最后用仿真结果验证所设计的鲁棒自适应控制算法的稳定性和有效性。     

基于Lyapunov函数方法的时滞车辆纵向跟随控制

应用向量Lyapunov函数方法和比较原理,基于非线性车辆动态耦合模型,研究具有时间滞后的车辆跟随系统的指数稳定性问题,得到了车辆跟随系统的指数稳定性判据．根据滑模控制策略确定了车辆跟随系统的纵向控制规律,基于稳定性准则设计了车辆纵向跟随控制器参数．仿真结果表明,基于该方法设计的车辆纵向跟随控制器能使跟踪误差具有较快的收敛率．     

轧辊偏心的H∞输出反馈鲁棒重复控制

针对轧辊偏心问题,用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了用于轧辊偏心补偿控制的H∞输出反馈鲁棒重复控制器,首先引入动态输出反馈来保证闭环系统的鲁棒稳定性,把重复控制器设计问题转化为H∞动态反馈控制器的设计问题,采用变量替换法将非线性矩阵不等式转化为线性矩阵不等式并对其求解进而得到控制器参数.另外在采用上述控制器保证系统鲁棒稳定性的同时,通过在重复控制器中引入一个前向系数进一步改善和提高系统的动态性能与稳态控制精度.理论证明与仿真研究表明当系统对象参数存在摄动时,这种控制器仍能有效地补偿轧辊偏心对产品质量的影响.     

有界扰动下异质车辆队列分布式鲁棒经济预测控制

针对有界扰动下异质车辆队列节能与稳定分布式协同控制问题,提出一种新的分布式鲁棒经济模型预测控制(economic model predictive control, EMPC)策略.首先采用不确定误差模型描述有界扰动下异质车辆队列纵向行驶动态特性,再应用tube思想对系统约束进行紧缩设计,补偿有界扰动对系统造成的不确定性.其次,采用局部车辆行驶能耗模型描述车辆队列分布式经济性能优化的有限时域最优控制问题,并利用传统跟踪性能指标设计附加稳定收缩约束函数.进一步,基于系统收缩原理,建立车辆队列闭环系统关于有界扰动的输入-状态稳定性条件.最后,通过与车辆队列传统分布式鲁棒模型预测控制策略的数值仿真对比结果验证了所提出策略的有效性和优越性.     

智能四轮转向车辆稳定车道线保持串级控制

为实现四轮前后轮转向车辆的稳定车道线保持控制,提出集成直接横摆力矩和车道线保持的串级控制策略.主控制器实现车道线保持前轮转角控制.副控制器实现车辆稳定性控制.主控制器基于MPC(model predictive control)算法控制车辆前轮转角,通过调整前轮转角使得横向位置偏差和航向角偏差最小.主控制器的车辆前轮转角作为副控制器的输入,计算期望滑移角和期望横摆率.车辆后轮转角和横摆力矩作为副控制器控制输入,基于LQ(linear quadratic)算法计算补偿车辆后轮转角和横摆力矩,实际车辆滑移角和实际横摆率跟踪期望滑移角和期望横摆率.车辆的前轮转角、后轮转角和横摆力矩作为控制输入,在副控制器实现车辆稳定性控制基础上,主控制器实现准确地车道线保持控制,保证智能车辆在车道内自主安全行驶.仿真结果表明,该串级控制策略的有效性,提高了智能车辆车道线跟踪的准确性,也提高车辆的稳定性和操纵性.     

基于随机鲁棒设计的高超音速飞行器变结构控制

针对高超音速飞行器输入输出之间强耦合,系统参数不确定以及变结构控制器中的设计参数整定问题,提出了随机鲁棒变结构控制方案;这一控制方案基于系统控制需求,利用蒙特卡罗仿真方法建立随机鲁棒目标函数,通过遗传算法优化系统设计参数;针对某常规高超音速飞行器纵向模型仿真结果显示,该控制方案不仅保证了飞行的纵向稳定性,提高了变结构控制器的控制性能,而且具有强鲁棒性.     

约束非线性车辆队列分布式多目标模型预测控制

针对具有状态和控制约束的非线性车辆队列系统多目标控制问题,提出一种分布式多目标模型预测控制(model predictive control, MPC)策略.首先,基于前车-后车单向通信拓扑,建立网联车辆队列非线性纵向巡航模型,应用字典序算法描述分布式多目标MPC问题;然后,通过设计弦稳定与收缩约束,并结合MPC三要素条件,保证车辆队列在经济性能与协同性能最优条件下的稳定性和弦稳定性结果;最后,通过典型工况的仿真结果验证所提出策略的有效性.     

通信延时环境下基于观测器的智能网联车辆队列分层协同纵向控制

考虑通信延时影响的车辆队列控制问题,提出一种基于观测器的分布式车辆队列纵向控制器.首先,基于分层控制策略分别设计上下层控制器,通过上层控制器优化期望加速度、下层控制器克服车辆模型非线性实现期望加速度和实际加速度的一致.上层控制器设计过程中,基于三阶线性化车辆模型,考虑观测器、车辆动态耦合特性和通信延时,提出一种通信延时环境下基于观测器的车辆队列控制器,利用观测器估计领导车辆加速度信息从而减轻通信负担.然后,利用Lyapunov-Krasovskii方法分析车辆队列的稳定性,并得出通信延时上界,同时利用传递函数方法分析了串稳定性.最后,通过数值仿真验证上层控制器的有效性和稳定性.在此基础上,利用PreScan软件中高保真车辆动态模型,验证了该分层控制策略的有效性.     

基于阿克曼原理的4WID/4WIS汽车循迹控制研究

针对四轮独立驱动、独立转向汽车循迹控制精度和转向稳定性兼容问题,同时考虑减小轮胎磨损,延长轮胎使用寿命,本文基于阿克曼转向原理和RBF神经网络PID理论,提出了一种自适应的循迹控制方法.首先,设计了基于RBF神经网络PID理论的自适应转向控制器,用于控制前内轮转角,保证循迹精度;其次,后内轮以减小质心侧偏角为目标进行辅助转向,保证转向稳定性;接着,基于阿克曼转向原理,确定外轮转角,保证各轮侧偏力分配合理;最后,采用同一瞬心法,确定各车轮转速,以减小轮胎滑动率.本文搭建了CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,进行了仿真实验,结果表明：本文提出的循迹控制方法,不仅能获得较小的循迹偏差和质心侧偏角,保证了足够的循迹控制精度和转向稳定性,同时还减小了轮胎滑动率,有利于减小轮胎的磨耗.     

控制可重构飞机多变量鲁棒控制器设计

控制可重构飞机要求其基本飞行控制系统对舵面部分缺损故障具有强的鲁棒特性,在故障发生后保证飞机的稳定性,提供听时间进行故障的检测和隔离,为控制系统重构提供条件,本文采用高速采样ＰＩ控制器设计输出反馈跟随系统,给出了控制器的设计方法,并分析了它对于控制舵面部分缺损故障的鲁棒特性,仿真结果表明,这种控制器具有好的鲁棒特性。     

基于自适应MPC算法的轨迹跟踪控制研究

为了保证智能车辆在低附着且变速条件下跟踪控制的精确性和稳定性,提出一种基于自适应模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制算法。针对低附着条件下轨迹跟踪存在行驶稳定性较差的问题,对车辆动力学模型添加侧偏角软约束,分别设计有无添加侧偏角约束的MPC控制器。仿真结果表明,添加侧偏角约束后MPC控制器性能更优,车辆行驶稳定性得到有效提高。在此基础上,又提出了一种自适应的轨迹跟踪控制策略,能够根据车辆速度的变化,实时产生预测时域[(Hp)],分别设计自适应的MPC控制器与4组定值[Hp]的MPC控制器。仿真结果表明,基于自适应模型预测控制的轨迹跟踪控制算法在提高低附着且变速条件下智能车辆轨迹跟踪控制的精度和稳定性方面具有一定的有效性和先进性。     

混合交通环境车辆队列协同控制

车辆队列在提高驾驶安全性、提升交通流量、改善燃油经济性方面具有巨大潜力,但现有研究多针对完全由智能网联车辆组成的队列,难以适用于现实中的混合交通环境.为此,文章研究了人工驾驶车辆与智能网联车辆的混合队列协同控制方法,在智能网联车辆控制设计中引入后车信息,并分析了其对队列稳定性、跟踪性能、燃油经济性的影响.首先构建了一种...     

高速转向工况下的无人驾驶车辆路径跟踪

为提高无人驾驶车辆在高速转向工况下的路径跟踪精度与行驶稳定性,基于三自由度单轨车辆模型与模型预测控制理论,分析前轮转角约束对车辆跟踪精度与行驶稳定性的影响,提出一种自适应于侧向附着力的路径跟踪控制方法.以Pacejka'89魔术公式轮胎模型为基础,分析轮胎纵向受力,以此推算轮胎的侧向附着力,从而建立前轮转角约束随车辆状...     

高速AWID车辆车轮独立制动控制研究

全部车轮均独立驱动/制动(AWID)的车辆比非独立驱动/制动的车辆在高速工况下具有更优越的动力、机动和操纵性能,论文对车轮独立制动控制问题进行研究;首先建立车轮独立制动的数学模型,简单介绍轮胎LuGre动态模型;然后分析制动控制的目标,设计控制系统结构和自抗扰控制器;最后对动态期望滑移率下的车轮制动控制进行仿真;结果表明,所设计的自抗扰控制器可以实现强鲁棒和高精度的车轮独立制动控制。     

车辆直接横摆力矩的预测控制研究

针对车辆高速过弯时发生的侧滑问题,将预测控制运用于汽车ESP控制系统中,以2自由度车辆模型为预测内部模型,以车辆直接横摆力矩为输出作用于车轮来控制整车的行驶状态。结合Matlab/Simulink建立的七自由度整车模型以及轮胎模型对所设计的ESP控制器进行分析调整。实验结果表明,预测控制器能很好地控制汽车的横摆角速度和限制质心侧偏角,提高了汽车的稳定性和安全性。     

A novel integrated control framework of AFS,ASS, and DYC based on ideal roll angle to improve vehicle stability

The current research on vehicle stability control mainly focuses on following the ideal yaw rate and sideslip angle, without considering the potential of ideal roll angle in improving the vehicle stability. In addition, the mutation of tire-road friction coefficient promotes a great challenge to the stability control. To improve the vehicle stability, in this study, firstly, the three-dimensional stability region of “lateral speed-yaw rate-roll angle” was studied, and a method to determine the ideal roll angle was proposed. Secondly, a novel integrated control framework of AFS, ASS, and DYC based on ideal roll angle was proposed to actively control the front tire slip angles, suspension forces, and motor torques: In the upper-level controller, model predictive control and tire force distribution algorithm were used to obtain the optimal four-tire longitudinal forces, front tire lateral forces and additional roll moment under constraints; In the lower-level controller, the upper virtual target was realized by the optimal allocation algorithm of actuators and the tire slip controller. Finally, the proposed control framework was verified on the varied-µ road. The results indicated that compared with the two existing control strategies, the proposed framework can significantly improve the vehicle following performance and stability.     

Hierarchical Cooperative Control of Connected Vehicles: From Heterogeneous Parameters to Heterogeneous Structures

As one of the typical applications of connected vehicles (CVs), the vehicle platoon control technique has been proven to have the advantages of reducing emissions, improving traffic throughout and driving safety. In this paper, a unified hierarchical framework is designed for cooperative control of CVs with both heterogeneous model parameters and structures. By separating neighboring information interaction from local dynamics control, the proposed framework is designed to contain an upper-level observing layer and a lower-level tracking control layer, which helps address the heterogeneity in vehicle parameters and structures. Within the proposed framework, an observer is designed for following vehicles to observe the leading vehicle’s states using neighboring communication, while a tracking controller is designed to track the observed leading vehicle using local feedback control. Closed-loop stability in the absence and presence of communication time delay is analyzed, and the observer is further extended to a finite time convergent one to address string stability under general communication topology. Numerical simulation and field experiment verify the effectiveness of the proposed method.      

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。     

智能交通系统车道保持纵横向耦合控制

考虑车辆纵横向运动之间的相互影响,采用位置预瞄和固定车辆间距跟随策略,对基于一列车队的自动化公路系统车道保持纵横向耦合控制进行了研究.利用车载前后双位置传感器检测车辆位置偏差,基于车辆纵横向动力学耦合模型,推导了基于预瞄的车道保持控制系统数学模型;采用非奇异的终端滑模控制技术,设计了车道保持纵横向耦合控制规律.通过构造李雅普诺夫函数,结合相平面方法,分析了控制系统的有限时间收敛性.采用6车辆编队,通过计算机仿真,对文中设计的控制规律进行了验证.仿真结果显示,车队中每个被控车辆在纵向上跟随期望状态的同时能够实现对期望车道轨迹的理想跟踪,跟踪误差精度不超过0.05 m.