基于线控主动转向功能的避障控制系统研究
发布时间：2021-09-01 15:14
随着智能车及车载传感通信系统的飞速发展,无人驾驶的实现逐渐成为可能,同时随着汽车保有量的递增,我国每年因交通事故造成的伤亡人数居高不下,其中大部分伤亡由驾驶员误操作造成的车辆碰撞所导致。如何利用智能车系统提高行车的安全性成为解决上述问题的途径之一。在线控转向、汽车动力学、轨迹规划和轨迹跟踪控制等理论的基础上,论文提出以线控主动转向功能为载体进行智能车避障研究,其中线控转向系统取消方向盘与转向器之间的连接,为前轮转向控制开辟了发展空间。在概述了关键技术后,搭建线控主动转向车辆模型。在检测到障碍物后,需要规划出一条满足避障的行车轨迹,文章提出一种新型的避障轨迹规划的方法,对于障碍物的状态信息进行采集后创建了基于障碍物衍生的状态格避障环境模型,结合构造的状态格成本计算与搜索算法进行轨迹择优。该方法能全面地考虑障碍物的运动状态,并且能精确地针对多个障碍物的场景进行最优轨迹个选取。为了验证所提方法的有效性,进行了不同场景下的仿真,同时仿真对比了所提策略与传统栅格法,证明所提出策略的优势。考虑车辆模型非线性特性、参数摄动以及外界扰动的影响,在轨迹跟踪方面,提出了基于内环转角跟踪和外环改进自抗扰控制...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线控转向系统结构图
本章驾驶员模型采用单点预瞄驾驶员模型[43]，其预瞄策略如图2.1 所示。图2.1 恒定横摆角速度的汽车轨迹预测Fig 2.1 Prediction of vehicle trajectory图2.1 中反映了车辆当前位置 M、预估位置 C、预瞄点位置 P 以及预瞄偏差Δf之间的关系，设定预计时间为tp后，预估位置C 与预瞄点位置 P 重合。本文基于期望稳态转向盘转角的理想汽车状态，考虑到驾驶员的滞后特点以及调节能力，设定驾驶员模型如下。 tststsGtGfvtcdcpxpc1exp122arctan[()] (2.1)式中， G , G分别表示横摆角速度和质心侧偏角对于前轮转角的稳态增益。
本文利用线控主动转向系统控制车辆跟踪期望轨迹，控制策略研究过程无需考虑转向盘模块的作用，故仅对转向执行模块进行数学建模。转向执行模块其各机构简化示意图如图2.2所示，转向电机在控制器驱动电流的作用下进行转动，经过减速器、齿轮齿条机构、拉杆后实现前轮转向。图2.2 线控转向执行模块Fig 2.2 Steeringactuatorassembly由图2.2 中所示动力学模型，根据牛顿运动学定律，忽略干摩擦力、摩擦阻力矩，可得到关于线控转向执行时的动力学方程。（1）转向电机模型：根据力矩平衡可得转向执行电机动力学模型如下：()mmGrpmmmmmTKgxrTJBT (2.2)同时，由基尔霍夫定律，直流电机模型可简化为：emU LIRIK (2.3)同时，电机电磁转矩和电机电枢电流的关系为：TKImI (2.4)式中，m 为电机转角；mK 表示转向执行电机的扭转刚度；Gg 表示齿轮减速器的减速比；pr 表示齿轮齿条机构中齿轮的半径；rx 表示齿条位移；mT 为转向执行电机的电磁转矩； T 为电机作用于减速器中小齿轮的转动力矩； U , L,R,I分别为电机电枢电压、电感、电阻和电流；mmJ , B分别表示转向执行电机的转动惯量和阻尼系数，eIK , K分别表示反电动势系数和转矩系数。（2）齿轮齿条机构模型根据力学平衡可得齿轮齿条机构动力学模型如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于参数时变人工势场的车道保持协调控制[J]. 王其东,魏振亚,陈无畏,谈东奎,谢有浩. 机械工程学报. 2018(18)
[2]基于最优控制的智能车轨迹跟踪算法[J]. 赵克刚,郭泉成,裴锋,梁政焘. 机械与电子. 2018(07)
[3]基于三次B样条曲线拟合的智能车轨迹跟踪算法[J]. 张永华,杜煜,潘峰,魏岳. 计算机应用. 2018(06)
[4]基于趋近律滑模控制的智能车辆轨迹跟踪研究[J]. 姜立标,吴中伟. 农业机械学报. 2018(03)
[5]基于路径优化的A*算法与Dijkstra算法的性能比较[J]. 刘云翔,杜杰,张晴. 现代电子技术. 2017(13)
[6]基于改进RRT算法的RoboCup机器人动态路径规划[J]. 刘成菊,韩俊强,安康. 机器人. 2017(01)
[7]一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型[J]. 陈无畏,谈东奎,汪洪波,王家恩,夏光. 机械工程学报. 2016(14)
[8]改进蚁群算法在城市汽车导航中的应用[J]. 葛延峰,陈涛,孔祥勇,高立群. 控制工程. 2016(01)
[9]基于无源理论的线控转向汽车稳定性控制[J]. 何磊,马伯祥,郑宏宇,王祥. 吉林大学学报(工学版). 2015(06)
[10]汽车线控转向变角传动比特性研究[J]. 宗长富,韩衍东,何磊,王祥. 中国公路学报. 2015(09)
博士论文
[1]全工况电动助力转向系统建模控制及试验研究[D]. 赵林峰.合肥工业大学 2010
硕士论文
[1]高速行驶工况下智能车辆转向系统混杂控制研究[D]. 许凯.合肥工业大学 2018
[2]基于模型预测控制的无人驾驶车辆轨迹跟踪控制算法研究[D]. 孙银健.北京理工大学 2015
[3]基于RRT的全局路径规划方法及其应用研究[D]. 王全.国防科学技术大学 2014
[4]自抗扰控制器及其应用研究[D]. 苏思贤.江南大学 2011
[5]基于自抗扰的无刷直流电机控制方法的研究及仿真[D]. 蔡鹏.中国海洋大学 2009
[6]基于自抗扰控制算法的自动操舵仪的研究与实现[D]. 王常顺.山东大学 2009
[7]基于栅格法的汽车路径规划[D]. 黄耀.华中科技大学 2008
[8]自抗扰控制器在温控系统中的实用化研究及应用[D]. 陈斌斌.山东大学 2008
本文编号：3377206
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线控转向系统结构图
本章驾驶员模型采用单点预瞄驾驶员模型[43]，其预瞄策略如图2.1 所示。图2.1 恒定横摆角速度的汽车轨迹预测Fig 2.1 Prediction of vehicle trajectory图2.1 中反映了车辆当前位置 M、预估位置 C、预瞄点位置 P 以及预瞄偏差Δf之间的关系，设定预计时间为tp后，预估位置C 与预瞄点位置 P 重合。本文基于期望稳态转向盘转角的理想汽车状态，考虑到驾驶员的滞后特点以及调节能力，设定驾驶员模型如下。 tststsGtGfvtcdcpxpc1exp122arctan[()] (2.1)式中， G , G分别表示横摆角速度和质心侧偏角对于前轮转角的稳态增益。
本文利用线控主动转向系统控制车辆跟踪期望轨迹，控制策略研究过程无需考虑转向盘模块的作用，故仅对转向执行模块进行数学建模。转向执行模块其各机构简化示意图如图2.2所示，转向电机在控制器驱动电流的作用下进行转动，经过减速器、齿轮齿条机构、拉杆后实现前轮转向。图2.2 线控转向执行模块Fig 2.2 Steeringactuatorassembly由图2.2 中所示动力学模型，根据牛顿运动学定律，忽略干摩擦力、摩擦阻力矩，可得到关于线控转向执行时的动力学方程。（1）转向电机模型：根据力矩平衡可得转向执行电机动力学模型如下：()mmGrpmmmmmTKgxrTJBT (2.2)同时，由基尔霍夫定律，直流电机模型可简化为：emU LIRIK (2.3)同时，电机电磁转矩和电机电枢电流的关系为：TKImI (2.4)式中，m 为电机转角；mK 表示转向执行电机的扭转刚度；Gg 表示齿轮减速器的减速比；pr 表示齿轮齿条机构中齿轮的半径；rx 表示齿条位移；mT 为转向执行电机的电磁转矩； T 为电机作用于减速器中小齿轮的转动力矩； U , L,R,I分别为电机电枢电压、电感、电阻和电流；mmJ , B分别表示转向执行电机的转动惯量和阻尼系数，eIK , K分别表示反电动势系数和转矩系数。（2）齿轮齿条机构模型根据力学平衡可得齿轮齿条机构动力学模型如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于参数时变人工势场的车道保持协调控制[J]. 王其东,魏振亚,陈无畏,谈东奎,谢有浩. 机械工程学报. 2018(18)
[2]基于最优控制的智能车轨迹跟踪算法[J]. 赵克刚,郭泉成,裴锋,梁政焘. 机械与电子. 2018(07)
[3]基于三次B样条曲线拟合的智能车轨迹跟踪算法[J]. 张永华,杜煜,潘峰,魏岳. 计算机应用. 2018(06)
[4]基于趋近律滑模控制的智能车辆轨迹跟踪研究[J]. 姜立标,吴中伟. 农业机械学报. 2018(03)
[5]基于路径优化的A*算法与Dijkstra算法的性能比较[J]. 刘云翔,杜杰,张晴. 现代电子技术. 2017(13)
[6]基于改进RRT算法的RoboCup机器人动态路径规划[J]. 刘成菊,韩俊强,安康. 机器人. 2017(01)
[7]一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型[J]. 陈无畏,谈东奎,汪洪波,王家恩,夏光. 机械工程学报. 2016(14)
[8]改进蚁群算法在城市汽车导航中的应用[J]. 葛延峰,陈涛,孔祥勇,高立群. 控制工程. 2016(01)
[9]基于无源理论的线控转向汽车稳定性控制[J]. 何磊,马伯祥,郑宏宇,王祥. 吉林大学学报(工学版). 2015(06)
[10]汽车线控转向变角传动比特性研究[J]. 宗长富,韩衍东,何磊,王祥. 中国公路学报. 2015(09)
博士论文
[1]全工况电动助力转向系统建模控制及试验研究[D]. 赵林峰.合肥工业大学 2010
硕士论文
[1]高速行驶工况下智能车辆转向系统混杂控制研究[D]. 许凯.合肥工业大学 2018
[2]基于模型预测控制的无人驾驶车辆轨迹跟踪控制算法研究[D]. 孙银健.北京理工大学 2015
[3]基于RRT的全局路径规划方法及其应用研究[D]. 王全.国防科学技术大学 2014
[4]自抗扰控制器及其应用研究[D]. 苏思贤.江南大学 2011
[5]基于自抗扰的无刷直流电机控制方法的研究及仿真[D]. 蔡鹏.中国海洋大学 2009
[6]基于自抗扰控制算法的自动操舵仪的研究与实现[D]. 王常顺.山东大学 2009
[7]基于栅格法的汽车路径规划[D]. 黄耀.华中科技大学 2008
[8]自抗扰控制器在温控系统中的实用化研究及应用[D]. 陈斌斌.山东大学 2008
本文编号：3377206
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