【摘 要】
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在车辆智能网联化迅速发展的时代背景下,智能车辆将成为一个由大数据驱动的重要载体,承载着智慧出行、智慧交通、智慧城市发展的关键使命。同时,车辆智能化不仅带来了汽车产业本身的颠覆性变革,还将深刻影响多个行业领域的产业生态。现代汽车工业对自动驾驶车辆的安全性和可靠性有极高的要求,但自动驾驶车辆仍存在变工况适应性及控制可靠性不高的问题,故路径跟踪、主动避障等车辆智能化关键技术的优化研究具有重要的科学意义及
【基金项目】
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河北省自然科学基金（E2019202481）
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在车辆智能网联化迅速发展的时代背景下,智能车辆将成为一个由大数据驱动的重要载体,承载着智慧出行、智慧交通、智慧城市发展的关键使命。同时,车辆智能化不仅带来了汽车产业本身的颠覆性变革,还将深刻影响多个行业领域的产业生态。现代汽车工业对自动驾驶车辆的安全性和可靠性有极高的要求,但自动驾驶车辆仍存在变工况适应性及控制可靠性不高的问题,故路径跟踪、主动避障等车辆智能化关键技术的优化研究具有重要的科学意义及实用价值。本文的主要工作如下:（1）开展了智能车辆局部避障轨迹规划及其跟踪控制的研究。首先,根据自主车辆的动态避障过程,定义了碰撞风险区域及转向失调风险区域;然后,结合人工势场理论,对自主车辆避障过程所受引斥力进行优化设计;进而,将引斥合力函数引入轨迹规划层目标函数作为避障惩罚项,建立了基于障碍车辆引斥合力的NMPC轨迹规划控制器。随后,以车辆纵向位置及横摆角偏差作为跟踪控制层输入量,建立了基于位姿偏差的线性时变MPC轨迹跟踪控制器。最后,搭建Car Sim/Simulink联合试验平台。试验结果表明:本文所设计的基于障碍车辆引斥势场的避障轨迹规划及位姿跟踪控制策略,提高了自主车辆主动避障过程中的安全性、稳定性及驾驶舒适性。（2）开展了4WS系统车辆跟踪控制操纵稳定性的研究。首先,基于横摆角速度设计了非线性二阶自抗扰控制器,优化4WS车辆系统响应速度的同时,减小横摆角速度、质心侧偏角及四轮转角等运动学参数的跟踪超调,降低了车身失稳风险;随后,基于质心侧偏角设计一阶线性自抗扰控制器,对后轮转角实时进行补偿,使车辆质心侧偏角趋近于0,优化整车操纵稳定性。最后,搭建Car Sim/Simulink联合试验平台。试验结果表明:本文所设计的基于转角补偿的非线性二阶自抗扰策略,可有效提升4WS自主车辆的操纵稳定性。（3）开展了适应全局工况的智能车辆路径跟踪控制的研究。首先,基于道路曲率、车速、质心横向偏差和道路附着系数等参数,设计预瞄时间自适应控制策略;然后,针对转向系统非线性和参数不确定性问题,设计基于位姿偏差的自适应积分终端滑模控制器,对滑动变量控制参数进行自适应快速调整,提高系统鲁棒性及跟踪精度,保证最优的闭环跟踪性能。随后,结合预瞄时间自适应控制策略和自适应积分终端滑模控制策略,构建预瞄时间自适应滑模控制策略（Preview time adaptive sliding mode control strategy,PTA-SMC）。最后,搭建Car Sim/Simulink静态试验平台。试验结果表明:PTA-SMC系统响应速度快、抖震小,车辆状态参数跟踪超调小,跟踪路径精度高,且能更好地适应车速变化、曲率变化、道路附着系数变化的车辆全局行驶工况。同时,本文基于实时仿真硬件PXI、上位机软件Lab VIEW、控制器算法软件Simulink及整车动力学软件Car Sim,设计PTA-SMC的HIL测试架构,搭建HIL动态测试平台。通过配置网络环境、Veristand编译、Lab VIEW配置、Car Sim配置,开展动态试验验证了PTA-SMC策略的有效性。
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