汽车漂移的临界稳定性控制与自适应动态规划方法

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漂移是一种车辆在后轮饱和状态下的侧滑运动,通常出现在拉力赛场或者汽车特技表演中,只有非常有驾驶经验的职业赛车手才能实现。目前的车辆动力学控制将漂移视作一种不稳定状态,认为它是危险的,因此其控制策略是尽量的抑制后轮打滑,以避免漂移的出现。当出现车辆碰撞或者路面摩擦系数突然降低等极限工况时,车辆已经出现侧滑情况,利用漂移稳定控制车辆相比于抑制其产生的策略能够更快的将车辆状态稳定下来,以避免失控或发生二次碰撞产生危险。所以对于漂移稳定性的动力学研究和控制实际上对提升车辆的稳定性边界有很大意义,能够在更多的场景下稳定车辆,提升安全性。本文依托国家自然科学基金重大项目“极限工况下汽车运动一体化协同控制”(项目编号:61790564),对于车辆的漂移平衡点进行了动力学分析,并且设计了滑模控制与自适应动态规划联合控制器,主要内容如下:1.建立了二自由度非线性车辆模型以及纯侧偏稳态统一轮胎模型,并且根据轮胎侧偏力试验数据对轮胎力公式中参数进行参数辨识。2.计算二自由度车辆系统平衡点,并且在质心侧偏角和横摆角速度组成的状态空间相平面上分析各平衡点稳定性,将平衡点分为了稳定平衡点和不稳定平衡点,并且根据漂移的特征,确定漂移平衡点为不稳定平衡点。3.以计算出来的漂移平衡点为控制目标,设计车辆漂移滑模控制器。在MATLAB/Simulink环境下进行仿真,实现了从车辆初始直线行驶状态到给定的漂移平衡点的整个过程,并且在稳定后施加阶跃扰动,结果显示系统仍能回到平衡点。4.基于自适应动态规划方法,采用带有参数逼近器的Q值迭代算法,计算车辆漂移的最优控制策略函数,并且结合滑模控制器设计联合切换控制器,具体策略为当前系统状态误差较大时采用滑模控制,当车辆状态接近漂移平衡点时切换为自适应动态规划最优控制。仿真实现了直线行驶主动进入漂移平衡后主动退出漂移进入正常行驶平衡的整个过程。结果显示相比于单独的滑模控制器,联合控制器的收敛时间更短,并且在施加干扰后,能够控制车辆进入当前状态下距离最近的漂移平衡点,保持稳定。该控制器对于摩擦系数的改变也具有一定的适应能力,这意味着路面情况突然变化时,该算法能够提高车辆的安全性。
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