考慮道路幾何特征的車速自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、近年來，隨著我國汽車數(shù)量的急劇增多，道路交通安全問題日趨嚴重。由于車輛具有高速移動性，且道路存在陡坡、急彎、不規(guī)則路面等復雜的幾何特征，行駛在相關(guān)道路上的車輛經(jīng)常會出現(xiàn)追尾、側(cè)翻等交通事故。智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，廣泛涵蓋了以主動安全為導向的先進車輛輔助駕駛與自動駕駛功能，可以提高道路通行能力，提升交通安全性和快捷性，并在此基礎(chǔ)上節(jié)約能源、減少污染等。在不同道路幾何特征條件下的車速自適應(yīng)控制一直是智能車輛關(guān)鍵技術(shù)的研究重點和

2、難點。半實物仿真技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計與測試的便捷性、復驗性、適應(yīng)性以及安全性方面具有實車道路實驗無可比擬的優(yōu)勢。本文依托武漢理工大學智能交通系統(tǒng)研究中心構(gòu)建的道路交通仿真系統(tǒng)，采用半實物仿真技術(shù)，針對不同道路幾何特征的車速自適應(yīng)控制問題，提出了一些新的評價函數(shù)，以提高控制律的適應(yīng)性。
　　首先，引入相似理論，對理論模型與仿真縮微車之間的幾何相似、運動相似以及動力相似三個方面進行分析，構(gòu)建了縮微車模型與智能調(diào)控模擬實驗平臺參數(shù)標定方法。在

3、道路幾何建模方面，采用回旋線函數(shù)建立彎道和坡道幾何模型。在車輛運動學建模方面，采用拉格朗日法建立基于3自由度的車輛縱橫向耦合模型，包括縱向運動、橫向運動與橫擺運動的耦合?；诘缆方煌ǚ抡嫫脚_和車輛硬件在環(huán)系統(tǒng)，建立了車速自適應(yīng)控制方法實驗環(huán)境。
　　接著，分別引入坡道和彎道幾何線形特征，提出考慮道路幾何特征的評價函數(shù)，設(shè)計了車速自適應(yīng)控制方法。在坡道條件下，推導了坡度角及其變化率的計算公式。根據(jù)系統(tǒng)耗散性所反映的能量損耗特性，將車

4、速自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)化成以能量存儲函數(shù)為優(yōu)化目標的H∞控制問題。建立關(guān)于車速調(diào)控的γ耗散性能準則，采用HJI方法(Hamilton-Jacobi-Issacs)，將控制律的設(shè)計轉(zhuǎn)化為構(gòu)造包含坡道幾何特征激勵費用和車速、縱向加速度變化補償費用的能量存儲函數(shù)。采用Backstepping方法，沿著車速控制系統(tǒng)的積分器鏈信號傳遞的正向，通過逐步逼近γ耗散不等式的方式，設(shè)計車速自適應(yīng)控制律。在MATLAB環(huán)境下開展坡道自主駕駛的智能車速調(diào)控仿真實驗，

5、對整個上、下坡道的牽引力變化分析，結(jié)果表明考慮坡道幾何特征的車速自適應(yīng)控制律不僅可以根據(jù)上下坡的坡度角變化自動調(diào)節(jié)車速，且具有車輛行駛安全性高，能量消耗低的優(yōu)勢。
　　在彎道條件下，對彎道曲率及其變化率的計算公式進行推導，建立車速調(diào)控γ耗散性能準則，將橫向偏差自調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化成以偏差平方和最小的最優(yōu)控制問題。構(gòu)造包含彎道幾何特征激勵費用和車速、橫向加速度變化補償費用的評價函數(shù)，采用LMI方法將控制律設(shè)計轉(zhuǎn)換為滿足橫向偏差控制系統(tǒng)Hurw