电动汽车主动安全避撞控制系统研究

【摘要】随着新能源汽车的快速发展，电动车主动安全性问题受到企业、研究机构等越来越广泛的关注，成为汽车产业最具发展前景的研究课题。车辆避撞系统研究是以德美为首的发达国家在上世纪60年代开展的以提高驾驶员行车安全性为目标的预警辅助系统，而电动汽车研究是上世纪90年代针对能源危机和环境危机而大力兴起的新型汽车产业。电动车主动安全避撞系统是一项新课题，旨在提高车辆动力能源利用率和驾驶员行车安全性，目前该项研究仍存在很多待解决的问题。基于这一背景，本论文在国家电动车专项研究计划“电动汽车主动安全技术研究”支持下，围绕电动车避撞系统着重研究了车辆纵向制动和侧向换道的安全距离模型及相应控制器设计等问题，并利用Matlab/Simulink对系统性能进行了仿真分析验证。本文研究内容主要包括四个方面：(1)根据电动车总体结构，建立车辆主要部件的动力学模型，如整车模型、轮胎模型、电动机模型。本论文中整车模型选择七自由度动力学模型，主要包括车辆纵向运动、侧向运动、横摆运动和四个车轮的独立回转运动；轮胎模型采用Pacejka模型；电机模型选择永磁同步电机模型，并在Matlab/Simulink中搭建了避撞系统相应的仿真模型。(2)根据纵向制动和侧向换道过程分别建立安全距离模型。纵向制动安全距离建模主要以前车静止、前车正常行驶、前车紧急制动三种情况给出安全距离表达式；而侧向换道安全距离建模则主要根据换道过程中纵向匀速、纵向加速分别给出安全距离表达式。分析保证制动和换道安全性需满足的必要条件，最后给出安全评价指标，作为行车安全性的判别标准。(3)在安全距离模型基础上，依据避撞要求设计相应控制器。首先，对两种避撞方式进行功能定义，为控制器实现奠定基础；其次，利用最优控制理论建立纵向分层控制器，通过上层决策指导底层控制实现；最后，利用LQR方法求解出侧向换道最优反馈矩阵，并采用基于输入补偿的前馈补偿策略对系统进行偏转角控制跟踪，保证系统能精确跟随给定期望横摆角。(4)在Matlab/Simulink中搭建避撞系统模型，结合MicroAutoBoxⅡ和dSPACE实验平台，对纵向制动和侧向换道避撞方式进行仿真分析验证。综上所述，本文通过对电动车主动安全距离模型的建立和车辆避撞控制器的初步研究，有效实现了车辆安全稳定避撞功能要求，对于后期电动车主动安全课题的深入研究具有十分重要的意义。
【作者】胡蕾蕾；
【导师】田彦涛；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】主动避撞系统；安全距离模型；纵向制动；侧向换道；最优控制；

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