车辆走停巡航系统的非线性控制研究

论文摘要

针对城市拥挤交通工况的车辆走-停巡航控制系统是先进汽车主动安全技术领域一个新的研究方向,正日益受到重视。本文以车辆动力学及非线性控制理论为基础,以实现车辆走-停巡航系统的合理控制为目标,对车辆走-停巡航纵向动力学系统建模、单输入单输出（SISO）非线性系统的控制方法及其在车辆走-停巡航控制系统中的应用、实车实验平台的开发等方面进行研究。本文首先研究低速行驶工况下的车辆巡航纵向动力学系统仿真模型。建立了一种能够较好反映系统特性的车辆纵向动力学系统仿真模型及适用于城市拥挤交通工况并能体现驾驶员驾驶特点的车间纵向动力学系统模型。以车辆和车间纵向动力学系统模型为基础,本文对驱动工况车辆走-停巡航系统非线性控制方法进行了研究。建立了车辆非线性纵向动力学系统控制模型及走-停巡航系统集成模型,并在此基础上研究了基于输入输出线性化方法的加速度跟踪控制,以及输出干扰解耦的驱动工况车辆走-停巡航控制。以制动工况下的车辆走-停巡航系统为对象,本文研究了SISO时滞非线性系统的控制方法并实现了相关应用。在建立制动工况下车辆走-停巡航系统集成模型基础上,针对其非线性、时滞特性以及目标车减速度干扰的影响,提出一种改进的非线性SMITH预估补偿方法,以消除控制变量时滞,并结合时滞算子、扩展李导数和扩展李括号方法,研究并解决了SISO状态变量时滞非线性系统的输入输出线性化、坐标变换的可逆性以及输出干扰解耦问题,实现了SISO时滞非线性系统的综合控制。最后,应用基于分步变换和设计思想的控制方法实现了车辆的减速度跟踪控制,以及制动工况下走-停巡航系统的输出干扰解耦控制。为验证所研究的非线性控制方法及其在车辆走-停巡航系统的应用,本文以常规车辆结构为基础建立了汽车走-停巡航系统实车实验平台,研制了一种新型的电子节气门传动装置,并利用仿真及实车实验对所完成的车辆走-停巡航系统的控制性能及非线性控制方法的正确性进行了验证。结果表明,本文设计的车辆走-停巡航控制系统表现出良好的动态收敛过程、稳态跟踪精度和鲁棒性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 车辆走-停巡航控制系统的研究概况
• 1.3 非线性系统控制方法的研究概况
• 1.4 本文目的及主要研究内容
• 第2章 车辆走-停巡航系统建模
• 2.1 乘用车辆纵向动力学系统模型
• 2.2 载重车辆纵向动力学系统模型
• 2.3 体现驾驶员驾驶特性的车间纵向动力学系统模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 驱动工况车辆走-停巡航系统非线性控制
• 3.1 驱动工况走-停巡航非线性纵向动力学系统控制模型
• 3.2 输入-输出线性化加速度跟踪控制
• 3.3 驱动工况巡航系统输出干扰解耦控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 制动工况车辆走-停巡航系统时滞非线性控制
• 4.1 制动工况走-停巡航非线性纵向动力学系统控制模型
• 4.2 SISO 时滞非线性系统控制方法
• 4.3 非线性SMITH 预估补偿输入-输出线性化减速度跟踪控制
• 4.4 制动工况巡航系统非线性SMITH 预估补偿输出干扰解耦控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 车辆走-停巡航控制系统实验研究
• 5.1 乘用车辆走-停巡航系统实车实验平台
• 5.2 乘用车辆实验验证
• 5.3 载重车辆走-停巡航系统实车实验平台
• 5.4 载重车辆实验验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果