基于MPC算法的预判型ESP控制策略研究

发布时间：2020-11-21 01:38

　　 车辆电子稳定系统(Electronic Stability Program,以下简称ESP)是一项能够有效地提高车辆极限工况下车辆操纵稳定性的主动安全技术。通过及时地给特定车轮施加特定大小的主动制动力矩,提供给车辆附加的横摆稳定控制力矩,以此稳定车辆行驶。近年来,随着智能技术的飞速发展,智能驾驶车辆成为当下的研究热点。相较于传统车辆,智能驾驶车辆的驾驶输入信息能够在执行前传输到各个主动控制系统中,从而为主动控制提供更充裕的控制时间。本文以智能驾驶技术为背景,采用MPC(Model Predictive Control,以下简称MPC)算法设计路径跟踪程序。设计了基于四轮动力学状态估算的横摆力矩分配控制算法,合理高效地分配ESP制动力,在此基础上,利用路径跟踪程序产生的驾驶输入信号,得到一套具有预判功能的ESP控制系统。本文首先推导了十四自由度非线性整车动力学公式,结合魔术轮胎公式,在Matlab/Simulink中搭建了车辆仿真模型,为了验证该车辆模型的准确性,本文采用车辆动力学分析软件Carsim对所建模型进行了仿真验证。然后建立了智能驾驶控制策略的算法,并选取了MPC算法作为本文的路径跟踪控制算法,建立了预测模型、并设计了优化目标函数及约束条件,以路径位移跟踪及横摆角跟踪为控制目标,优化求解未来各时刻最优的前轮转向角。通过双移线试验验证MPC路径跟踪的正确性,为下一章提取车辆将来时刻的车辆状态,以及基于前轮转向角的车辆失稳预判打下理论基础。在此基础上,设计了预判型ESP系统的控制结构,相比于传统ESP系统,预判型ESP系统考虑了四轮制动力动态约束优化,限制单个车轮在主动制动力矩的干预下,其车轮的纵向滑移率不超过其规定的最优滑移率上限值,当单个车轮制动力达到饱和时,辅助同侧的另一个车轮协助提供附加横摆力矩,提高了控制的鲁棒性及控制极限范围。设计了基于MPC算法的车辆的失稳预判程序,设计了ESP提前介入操稳控制的控制策略。最后,通过高速双移线试验及蛇形试验验证所设计的预判型ESP系统控制策略的正确性,研究分析了对车辆操稳性能及路径跟踪性能的提升。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【部分图文】：

图 2.6 联合仿真对比模型如图 2.6 所示，建立了 Matlab/Simulink 整车模型和 Carsim 模型，在相同的系统输入下，比较两系统的输出来验证 Matlab/Simulink 整车模型的准确性。用于验证车辆动力学模型的前轮转角输入信号如图 2.7 所示：
【参考文献】

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本文编号：2892319