随着能源与环境问题的日益加剧,电动汽车迎来了重大发展机遇。轮毂电机驱动电动汽车各驱动轮转矩独立可控,为底盘动力学控制提供了良好平台。同时,近些年智能驾驶技术的不断发展,使得汽车逐渐趋向于成为一个能够满足人们对良好驾乘体验需求的智慧载体,各类智能辅助驾驶与自动驾驶技术也层出不穷,其中自适应巡航技术便是其重要一项。自适应巡航技术是指驾驶员完成对期望车辆运动状态的设定后,由巡航控制系统完全接管车辆,按照最优状态完成车辆的纵向运动控制,减轻驾驶员体力劳动,提高交通效率,降低交通事故风险。目前对自适应巡航系统的研究多集中在规划决策层的多目标优化和决策算法设计问题上,此外,对系统工况适应性问题的研究逐渐成为另一热点方向,尤其此前研究较少且相对复杂的转弯工况规划决策和运动控制问题逐渐得到关注。本文针对现有自适应巡航控制在工况适应性方面的共性问题,提出了一种基于质量和坡度估计的全工况自适应车速控制方法,有效改善了车速控制器的工况适应能力,提高了车速控制的响应速度、稳定性以及鲁棒性。本文具体可分为以下四个部分:1.为了便于进行仿真分析和控制策略验证,本文基于Car Sim和MATLAB/Simulink软件完成了车辆动力学建模。首先,基于Car Sim仿真软件搭建了具有毫米波雷达的整车模型,然后,在MATLAB/Simulink软件中搭建了驱动电机模型、制动系统模型和侧向驾驶员模型,最后,通过联合仿真验证了模型的准确性与可靠性。2.为了提高自适应巡航系统对具有坡度的直道和弯道工况的适应能力,保证车速控制精度、稳定性、响应速度以及鲁棒性,本文设计了具备弯道适应性的规划决策策略和基于全工况车辆纵向动力学方程的前馈加反馈车速控制策略。规划决策策略将车辆的自适应巡航控制划分为巡航模式和跟车模式:巡航模式,建立了PID车速控制器,并且以安全性为目标对弯道车速做了约束;跟车模式,首先设计了弯道雷达探测车间距离修正模型和基于前车运动轨迹拟合的弯道半径估计模型,得到全工况实际车间距离,接着设计了以安全性和舒适性为目标的理想车间距离模型,然后设计了PID车距控制模型,最后考虑到弯道雷达探测失效问题设计了雷达失效补偿机制。运动控制策略包括前馈加反馈车速控制策略和驱/制动切换策略两部分:首先,基于车辆纵向动力学方程建立了前馈车速控制器,然后基于三自由度车辆模型理论推导了转弯阻力产生机理,并将转弯阻力引入到前馈车速控制器中,解决了传统前馈车速控制器在转弯工况因额外的阻力作用造成决策扭矩偏差的问题;另外,为了降低环境因素干扰以及传感器噪声等对车速控制的影响,设计了具有抗干扰能力的自抗扰反馈控制器。为了保证车速控制器决策出的期望驱/制动扭矩指令由正确的系统执行,本文还进一步设计了驱/制动模式切换策略。3.针对前馈车速控制器参数多而复杂,并且参数变化将降低车速控制精度、稳定性以及响应速度的问题,本文分别设计了全工况质量估计器和联合坡度估计器。首先,通过理论推导和仿真验证分析前馈控制器各参数对车速控制的影响程度,最终选择对整车质量和道路坡度进行估计。接着对递归最小二乘法和卡尔曼滤波算法两种常用的参数估计方法进行了原理分析和推导。最后分别设计了全工况质量估计器和联合坡度估计器,从而为车速控制器提供准确的质量和坡度值,提高了车速控制器的工况适应能力,保证了全工况的车速控制精度、稳定性以及响应速度。4.为了确保全工况参数估计器以及车速控制策略的正确性和有效性,本文基于MATLAB/Simulink与Car Sim搭建了联合仿真平台,对所设计的全工况质量和坡度估计器以及全工况车速控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,在转弯工况,与传统参数估计器相比,本文设计的全工况参数估计器的估计精度更高;与传统车速控制策略相比,本文设计的全工况车速控制策略具有更好的车速控制精度、响应速度以及鲁棒性。