智能车防撞预警系统纵向控制策略研究

发布时间：2020-09-30 10:58

　　汽车保有量的增加为人民的生活带来了极大便利,但是也导致了交通事故的频繁发生,不仅带来经济损失,甚至会危及人们的生命健康安全。随着人们越来越重视车辆的驾驶安全性,高级驾驶辅助系统逐步得到深入发展和广泛应用。本文研究对象为前向防撞预警系统,作为智能辅助驾驶技术的一种,能够为驾驶员提供更加安全和舒适的驾乘体验,检测到危险时输出预警信号提醒驾驶员,辅助驾驶员行车,对减少交通事故,保障人身安全起到重要作用。首先,本文介绍了课题的研究背景及意义,针对安全车距模型和纵向控制算法的国内外研究现状进行了论述和介绍,提出各章节的研究内容和技术路线。其次,分析了基于制动过程的安全车距模型,和影响车距模型的主要因素。针对传统模型的不足之处进行了改进,提出考虑驾驶员风格和环境因素的预警/危险车距模型,采用模糊控制理论得到可变的驾驶员反应时间;跟车行驶工况下,将传统的基于车头时距建立的期望安全车距进行改进,通过模糊控制方法,得到可变车头时距以适应车距和车速变化,并将期望安全车距乘以一个驾驶员风格选项因子,从而满足不同驾驶员的要求。然后,建立了车辆动力学模型和逆动力学模型,作为控制研究对象。通过相对车距误差和相对车速误差,设计了基于滑模控制的上位控制器得到期望加速度,和基于PID的下位控制器跟踪加速度;针对滑模控制的抖振问题,提出了一种变增益系数控制方法。即将期望加速度公式中涉及的固定增益参数改进为与负指数相关的数学逻辑公式。此方法能有效抑制期望加速度的抖振问题。最后,利用成熟的仿真软件Carsim和Simulink建立防撞预警系统的联合仿真模型,验证控制算法的有效性。针对典型的交通测试场景,设计了试验仿真工况,包括本车定速、接近静止/匀速/减速工况、跟随工况,仿真结果表明,防撞预警模型能与前车保持期望安全车距,危险工况下能及时制动减速,保障行车安全,避免碰撞。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 防撞预警系统发展和类型
        1.2.2 安全车距模型研究现状
        1.2.3 纵向控制模型研究现状
    1.3 防撞预警系统组成及研究内容
        1.3.1 系统组成
        1.3.2 功能和要求
        1.3.3 主要研究内容
2 考虑驾驶员和环境因素的纵向安全车距模型
    2.1 概述
    2.2 车辆制动过程车距模型
    2.3 驾驶员和环境影响因素分析
        2.3.1 驾驶员反应时间求解
        2.3.2 制动减速度分析
    2.4 期望安全车距研究
        2.4.1 期望安全车距定义
        2.4.2 车头时距分析
    2.5 改进的车距模型及结果比较
    2.6 燃油经济性影响分析
    2.7 本章小结
3 防撞预警系统纵向控制策略研究
    3.1 概述
    3.2 车辆动力学模型分析
    3.3 逆向动力学模型分析建立
        3.3.1 加速控制模型
        3.3.2 制动系统模型
        3.3.3 加速/制动切换逻辑分析
    3.4 分层控制器研究
        3.4.1 滑模变结构控制方法研究
        3.4.2 上层控制器研究
        3.4.3 下层控制器研究
    3.5 防撞预警控制策略分析
        3.5.1 加速度数值范围
        3.5.2 车辆安全状态估算方法
    3.6 本章小结
4 防撞预警系统典型工况仿真结果分析
    4.1 概述
    4.2 防撞预警系统多工况仿真验证
        4.2.1 定速巡航工况
        4.2.2 接近静止目标工况
        4.2.3 接近匀速运动目标工况
        4.2.4 接近前方减速运动目标工况
        4.2.5 主动紧急制动工况仿真
        4.2.6 复合运动工况
        4.2.7 加速度对燃油经济性的影响
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 不足与展望
        5.2.1 本文不足
        5.2.2 未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】