基于主被动集成的汽车安全控制系统建模与仿真

论文摘要

严峻的交通安全问题使得人们对汽车安全性的要求越来越高,传统的汽车安全系统只能从主动安全和被动安全两个方面独立发挥作用。基于主被动集成的汽车安全控制系统对主被动安全进行结合,对事故发生的全过程实施综合性安全保护,可最大限度的降低道路事故率和伤害率。在我国,此领域的研究才刚刚起步,对系统所涉及的技术问题进行研究,对于提高道路交通综合安全性具有重要意义。论文首先对汽车安全控制系统研究在国内外的发展及趋势进行了总结,然后从主被动安全集成的角度,在定义系统功能的基础上,对汽车安全系统的总体结构方案和控制系统进行了规划,确定了实现系统功能所需的关键技术及其相互关系。根据总方案规划要求,在CarSim软件中,建立了能够反映系统动态特性的避撞汽车动力学系统模型,并以此为基础在建立了其逆纵向动力学模型,建立的模型能够模拟车辆运行复杂过程,并兼顾了模型的精确性和简洁性,为汽车安全控制系统功能实现及评价奠定了基础。在建立符合驾驶员操作特点的安全状态判断距离模型后,论文对汽车避撞控制系统进行了设计,期望加速度采用驾驶员预瞄方法求取,通过PID速度控制驾驶员模型对纵向速度进行控制,实现了期望速度和安全距离的控制。通过典型的工况仿真试验,对避撞控制系统功能及相关研究内容的正确性进行了验证。结果表明:控制系统较好的实现了总方案规划的避撞功能,汽车安全控制系统方案规划合理,能为相关研究提供有价值的参考和指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及目的
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 汽车安全控制系统定义
• 1.3 汽车安全控制系统关键技术发展现状
• 1.3.1 行驶环境识别
• 1.3.2 车辆安全状态判断
• 1.3.3 车辆动力学建模
• 1.3.4 汽车安全控制系统开发
• 1.4 存在的问题及发展趋势
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 重视行人安全的主被动集成的发展趋势
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 汽车安全控制系统主被动集成方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 基于安全状态划分的系统要求分析
• 2.2.1 系统功能定义及状态划分
• 2.2.2 系统功能要求分析
• 2.3 主被动集成总体方案设计
• 2.4 汽车安全控制系统分层控制方案设计
• 2.4.1 控制功能定义层设计
• 2.4.2 控制系统分层控制方案设计
• 2.5 实现总体方案所需的关键技术
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于CarSim 的主动避撞动力学系统建模
• 3.1 引言
• 3.2 CarSim 动力学系统建模
• 3.2.1 CarSim 软件介绍
• 3.2.2 CarSim 车辆动力学模型
• 3.2.3 动力学模型建立及参数说明
• 3.3 CarSim 与Simulink 软件接口介绍
• 3.4 逆纵向动力学系统建模
• 3.4.1 节气门开度控制及制动力控制切换
• 3.4.2 期望节气门开度计算及逆发动机模型
• 3.4.3 期望制动压力计算及逆制动系模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 避撞及预警安全状态判断模型
• 4.1 引言
• 4.2 系统对安全状态判断模型的要求分析
• 4.3 车辆的实际制动过程分析
• 4.4 避撞及预警安全状态判断算法
• 4.5 防撞预警算法说明
• 4.6 本章小结
• 第5章 避撞控制系统设计及仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于安全距离模型的期望加速度计算
• 5.3 PID 速度控制器设计
• 5.3.1 PID 控制原理
• 5.3.2 PID 速度控制驾驶员模型
• 5.3.3 PID 控制算法的参数整定
• 5.4 典型避撞工况的闭环仿真及结果分析
• 5.4.1 静止目标安全距离保持
• 5.4.2 运动目标安全距离保持
• 5.4.3 紧急避让障碍物复杂工况
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录