具有换道辅助的ACC多模式控制研究
发布时间：2021-08-05 22:10
为适应城市复杂的交通环境,提出了具有换道辅助的多模式自适应巡航控制策略。多模式自适应巡航控制策略包括上层控制器和下层控制器。在上层控制器中,设计了六种不同跟车工况的模型,分别是定速巡航,平稳跟车,接近前车/换道辅助,急加速,急减速和避免碰撞模型。根据每种工况对舒适性、跟踪性和安全性不同的需求定义了每个模型的参数。然后设计模式切换层选择出合适的模式计算出期望加速度。在下层控制器中,采用PID控制和查询表,分别建立节气门控制模型和制动控制模型,设计了切换规则和驱动/制动过渡区域,制定了节气门开度和制动控制的切换策略,跟随期望加速度。接着,在多模式自适应巡航接近前车的工况增设换道辅助策略,使得多模式自适应巡航控制策略减小对车辆换道的阻碍。如果当自车接近前车时检测到车道变换的可能性和车道变换的动作,则车道变换辅助策略将保持自车的速度而不是减速。在三种危险的工况下对换道辅助策略进行大量仿真实验,得出能够识别驾驶员换道意图和判断换道可行性的一系列经验值。最后设计三种城市复杂道路工况的场景,利用Matlab/Simulink、Carsim和dSPACE对具有换道辅助的多模式自适应巡航控制策略进行仿真...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自适应巡航方向每年发表的论文数先进驾驶辅助系统（ADAS）一直以来都是汽车研究领域的一个重要组成部
5压力命令，跟随期望加速度或者减速度。当上层控制器被建立时，根据模式切换确定控制模式，并决定自适应巡航的控制算法。然后系统设置下层控制器使用Carsim去切换节气门开度和制动压力[38]。韩国首尔大学Kyi等设计上层控制器选用线性二次型指标评价车距和车速的跟踪能力，然后用最优控制理论对控制器进行优化。在下层控制器建立前馈加PI反馈的二自由度模型，建立MAP表查询期望节气门开度和制动压力[43-46]。韩国首尔大学Hakgu根据传统的自适应巡航分层方法。设计的上层控制器基于目标车辆的相对距离和速度，决定自车的期望加速度。上层控制器主要为路径目标决策算法，由跟随控制算法和自由巡航控制算法组成。路径目标确定算法根据雷达信息确定目标车辆，并将目标车辆状态提供给接下来的控制器。随后有控制器使用线性二次调节器计算期望加速度。如果在自车前面没有前车，自由巡航控制器就会计算期望加速度。下层控制器决定节气门开度和制动压力去跟随期望加速度。切换算法根据零油门减速曲线确定节气门和制动压力之间的切换。节气门控制器计算节气门角度和制动压力。因此，自适应巡航要求更多的车辆参数去计算确切的节气门角度和制动压力[46]。图1-2描述了Hakgu设计的自适应巡航策略。图1-2Hakgu设计的自适应巡航策略北京理工大学朱研究的自适应巡航控制器如图1-3所示。其上层控制器使用切换策略根据车间状态(两车的相对距离d、相对速度v)以及自车的速度vs，计算出期望的车间距离的误差d，将v和d带入LQR/MPC的控制器，从而得到自车的期望加速度ades;下位控制器根据切换逻辑判断到驱动或者是制动控制的模式，而后通过一个逆纵向动力学模型获得节气门开度或是制动主缸压力[47]。
6图1-3分层控制器的框架澳门大学Zhao提出了一个分层控制框架去构建自适应巡航系统的控制器，如图1-4所示。这个总体框架的目标是找出期望最优的加速度，通过一系列的切换逻辑在自车上执行这个加速度，从而跟随前车。Zhao研究的上层控制器包括了车辆跟随模型和间距控制规则，被用来收集车间的状态和驾驶员的输入，然后计算一个自车的最优加速度。下层控制器首先收集用来收集自车的实时状态，然后根据切换逻辑，操纵动力系统和制动系统去实现期望加速度[48]。图1-4ACC系统分层控制结构框架分层框架框架的鲁棒性好。但这种框架在面对复杂的道路交通环境时，表现了一定的局限性。为了使ACC系统更适应复杂的交通环境，提高交通效率，研究学者提出了针对分工况的控制框架[49-52]。分工况的控制框架将驾驶员跟随工况细分成多个工况，并针对特定工况设计相应的控制策略。如吉林大学张分别研究了定速、切入、切出、跟随和低速走停工况，根据不同工况分别定义了VTH算法的最小安全距离、速度增量式PID和距离模糊控制器的参数，仿真结果检验了控制算法精度性和鲁棒性[53]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑车间反应时距的汽车自适应巡航控制策略[J]. 朱敏,陈慧岩. 机械工程学报. 2017(24)
[2]混合动力客车自适应巡航控制研究[J]. 冯冲,张东好,罗禹贡,李克强. 汽车工程. 2017(01)
[3]道路交通事故类型与诱因分析[J]. 张大伟,贺锦鹏,孙立志,周大永,刘卫国,冯擎峰. 汽车工程师. 2015(01)
[4]智能混合动力电动车辆多目标自适应巡航控制方法[J]. 陈涛,罗禹贡,韩云武,褚文博,李克强. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[5]高速公路行驶条件下的驾驶员换道特性[J]. 党睿娜,王建强,李克强,张强. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[6]基于节气门与制动联合控制的自适应巡航控制系统[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 汽车工程. 2013(04)
[7]汽车自适应巡航系统的多模式切换控制[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 机械工程学报. 2012(10)
[8]基于双模式执行器的商用车自适应巡航控制系统[J]. 王建强,杨波,张德兆,李升波. 中国公路学报. 2011(03)
[9]智能混合动力电动轿车整车控制系统[J]. 罗禹贡,陈涛,李克强. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
[10]加速度连续型自适应巡航控制模式切换策略[J]. 张德兆,王建强,刘佳熙,李克强,连小珉. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
博士论文
[1]高速公路车辆自主性换道行为建模研究[D]. 聂建强.东南大学 2017
[2]仿驾驶员速度跟随行为的自适应巡航控制算法研究[D]. 严伟.吉林大学 2016
[3]车辆自适应巡航跟随控制技术研究[D]. 马国成.北京理工大学 2014
[4]具有换道辅助功能的车辆自适应巡航控制[D]. 党睿娜.清华大学 2013
[5]汽车自适应巡航控制及相应宏观交通流模型研究[D]. 罗莉华.浙江大学 2011
[6]基于弯道行驶的车辆自适应巡航控制[D]. 张德兆.清华大学 2011
[7]基于驾驶员特性自学习方法的车辆纵向驾驶辅助系统[D]. 张磊.清华大学 2009
[8]智能车辆自动换道与自动超车控制方法的研究[D]. 游峰.吉林大学 2005
硕士论文
[1]基于驾驶行为分析的自适应巡航控制算法研究[D]. 袁清.吉林大学 2018
[2]考虑驾驶特性的智能车辆协同换道轨迹规划[D]. 谷广.华南理工大学 2018
[3]自适应巡航系统的心理学评价与人性化控制研究[D]. 于小洲.吉林大学 2018
[4]基于驾驶人驾驶习性的个性化自适应巡航控制系统研究[D]. 刘志鹏.吉林大学 2018
[5]汽车自适应巡航控制系统模糊控制策略研究[D]. 李肖含.北京理工大学 2015
[6]纯电动汽车自适应巡航控制系统控制策略研究[D]. 张振军.吉林大学 2013
本文编号：3324547
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自适应巡航方向每年发表的论文数先进驾驶辅助系统（ADAS）一直以来都是汽车研究领域的一个重要组成部
5压力命令，跟随期望加速度或者减速度。当上层控制器被建立时，根据模式切换确定控制模式，并决定自适应巡航的控制算法。然后系统设置下层控制器使用Carsim去切换节气门开度和制动压力[38]。韩国首尔大学Kyi等设计上层控制器选用线性二次型指标评价车距和车速的跟踪能力，然后用最优控制理论对控制器进行优化。在下层控制器建立前馈加PI反馈的二自由度模型，建立MAP表查询期望节气门开度和制动压力[43-46]。韩国首尔大学Hakgu根据传统的自适应巡航分层方法。设计的上层控制器基于目标车辆的相对距离和速度，决定自车的期望加速度。上层控制器主要为路径目标决策算法，由跟随控制算法和自由巡航控制算法组成。路径目标确定算法根据雷达信息确定目标车辆，并将目标车辆状态提供给接下来的控制器。随后有控制器使用线性二次调节器计算期望加速度。如果在自车前面没有前车，自由巡航控制器就会计算期望加速度。下层控制器决定节气门开度和制动压力去跟随期望加速度。切换算法根据零油门减速曲线确定节气门和制动压力之间的切换。节气门控制器计算节气门角度和制动压力。因此，自适应巡航要求更多的车辆参数去计算确切的节气门角度和制动压力[46]。图1-2描述了Hakgu设计的自适应巡航策略。图1-2Hakgu设计的自适应巡航策略北京理工大学朱研究的自适应巡航控制器如图1-3所示。其上层控制器使用切换策略根据车间状态(两车的相对距离d、相对速度v)以及自车的速度vs，计算出期望的车间距离的误差d，将v和d带入LQR/MPC的控制器，从而得到自车的期望加速度ades;下位控制器根据切换逻辑判断到驱动或者是制动控制的模式，而后通过一个逆纵向动力学模型获得节气门开度或是制动主缸压力[47]。
6图1-3分层控制器的框架澳门大学Zhao提出了一个分层控制框架去构建自适应巡航系统的控制器，如图1-4所示。这个总体框架的目标是找出期望最优的加速度，通过一系列的切换逻辑在自车上执行这个加速度，从而跟随前车。Zhao研究的上层控制器包括了车辆跟随模型和间距控制规则，被用来收集车间的状态和驾驶员的输入，然后计算一个自车的最优加速度。下层控制器首先收集用来收集自车的实时状态，然后根据切换逻辑，操纵动力系统和制动系统去实现期望加速度[48]。图1-4ACC系统分层控制结构框架分层框架框架的鲁棒性好。但这种框架在面对复杂的道路交通环境时，表现了一定的局限性。为了使ACC系统更适应复杂的交通环境，提高交通效率，研究学者提出了针对分工况的控制框架[49-52]。分工况的控制框架将驾驶员跟随工况细分成多个工况，并针对特定工况设计相应的控制策略。如吉林大学张分别研究了定速、切入、切出、跟随和低速走停工况，根据不同工况分别定义了VTH算法的最小安全距离、速度增量式PID和距离模糊控制器的参数，仿真结果检验了控制算法精度性和鲁棒性[53]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑车间反应时距的汽车自适应巡航控制策略[J]. 朱敏,陈慧岩. 机械工程学报. 2017(24)
[2]混合动力客车自适应巡航控制研究[J]. 冯冲,张东好,罗禹贡,李克强. 汽车工程. 2017(01)
[3]道路交通事故类型与诱因分析[J]. 张大伟,贺锦鹏,孙立志,周大永,刘卫国,冯擎峰. 汽车工程师. 2015(01)
[4]智能混合动力电动车辆多目标自适应巡航控制方法[J]. 陈涛,罗禹贡,韩云武,褚文博,李克强. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[5]高速公路行驶条件下的驾驶员换道特性[J]. 党睿娜,王建强,李克强,张强. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[6]基于节气门与制动联合控制的自适应巡航控制系统[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 汽车工程. 2013(04)
[7]汽车自适应巡航系统的多模式切换控制[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 机械工程学报. 2012(10)
[8]基于双模式执行器的商用车自适应巡航控制系统[J]. 王建强,杨波,张德兆,李升波. 中国公路学报. 2011(03)
[9]智能混合动力电动轿车整车控制系统[J]. 罗禹贡,陈涛,李克强. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
[10]加速度连续型自适应巡航控制模式切换策略[J]. 张德兆,王建强,刘佳熙,李克强,连小珉. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
博士论文
[1]高速公路车辆自主性换道行为建模研究[D]. 聂建强.东南大学 2017
[2]仿驾驶员速度跟随行为的自适应巡航控制算法研究[D]. 严伟.吉林大学 2016
[3]车辆自适应巡航跟随控制技术研究[D]. 马国成.北京理工大学 2014
[4]具有换道辅助功能的车辆自适应巡航控制[D]. 党睿娜.清华大学 2013
[5]汽车自适应巡航控制及相应宏观交通流模型研究[D]. 罗莉华.浙江大学 2011
[6]基于弯道行驶的车辆自适应巡航控制[D]. 张德兆.清华大学 2011
[7]基于驾驶员特性自学习方法的车辆纵向驾驶辅助系统[D]. 张磊.清华大学 2009
[8]智能车辆自动换道与自动超车控制方法的研究[D]. 游峰.吉林大学 2005
硕士论文
[1]基于驾驶行为分析的自适应巡航控制算法研究[D]. 袁清.吉林大学 2018
[2]考虑驾驶特性的智能车辆协同换道轨迹规划[D]. 谷广.华南理工大学 2018
[3]自适应巡航系统的心理学评价与人性化控制研究[D]. 于小洲.吉林大学 2018
[4]基于驾驶人驾驶习性的个性化自适应巡航控制系统研究[D]. 刘志鹏.吉林大学 2018
[5]汽车自适应巡航控制系统模糊控制策略研究[D]. 李肖含.北京理工大学 2015
[6]纯电动汽车自适应巡航控制系统控制策略研究[D]. 张振军.吉林大学 2013
本文编号：3324547
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