汽车纵向运动多模型分层切换控制

论文摘要

严峻的交通安全问题使得汽车纵向运动控制技术作为先进汽车控制与安全系统AVCSS(Advanced Vehicle Control and Safety Systems)的一个重要组成部分日益受到重视。由于汽车纵向动力学系统的复杂性使得建立的模型存在较大不确定性,导致传统的鲁棒和参数自适应控制方法很难保证良好的控制性能。针对此问题,本文提出了基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制方法,并应用该方法设计车速和加速度控制系统,实现了汽车纵向动力学模型存在较大不确定性时车速和加速度快速准确的控制。论文首先应用鲁棒控制理论,提出对模型与对象之间不确定性系统增益进行估计的切换指标函数,设计对应的估计器和切换逻辑,给出鲁棒控制器集合的存在条件和设计方法,实现了基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制,并对控制系统的鲁棒稳定性和扰动抑制能力进行了理论分析和仿真验证。然后,以汽车纵向运动控制系统中的车速和加速度控制器为对象,在分别采用平衡点线性化和逆模型线性化方法得到汽车纵向动力学系统的线性化模型,建立相应的不确定模型集合基础上,应用文中提出的方法对车速和加速度控制器进行设计,并对控制效果进行了仿真验证。为进一步验证所提出方法的有效性和正确性,针对原有实验平台车扩展能力差和信息共享能力弱等不足,在研制电控辅助制动器基础上,设计并完成相关网络节点,建立了基于CAN网络的实验平台。最后,在不同汽车和环境参数条件下,应用建立的实验平台对车速和加速度控制效果进行试验验证,并与参数自适应控制和PID控制系统进行对比。结果表明,基于本文方法所完成的车速和加速度控制系统具有较好的鲁棒性能,为解决由于模型不确定性导致实际使用中汽车纵向运动控制系统性能降低的问题提供了有效途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 汽车纵向运动控制系统研究现状
• 1.2.1 汽车纵向动力学系统建模
• 1.2.2 汽车纵向运动控制算法
• 1.3 多模型分层切换控制
• 1.3.1 多模型分层切换控制及其产生意义
• 1.3.2 多模型分层切换控制的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制
• 2.1 问题的提出
• 2.2 方法的基本原理
• 2.3 监督器
• 2.3.1 监督器设计
• 2.3.2 监督器作用下的系统特性
• 2.4 控制器集合设计及性能分析
• 2.4.1 鲁棒稳定性控制器集合
• 2.4.2 鲁棒性能控制器集合
• 2.5 非线性系统控制中的应用
• 2.5.1 估计器设计
• 2.5.2 基于耗散理论的控制器集合设计
• 2.6 仿真验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于RMHSC 方法的汽车纵向运动控制
• 3.1 汽车纵向动力学系统建模
• 3.1.1 汽车纵向动力学系统模型
• 3.1.2 汽车纵向动力学模型试验验证
• 3.2 车速多模型分层切换跟踪控制
• 3.2.1 小偏差线性化模型集合
• 3.2.2 车速多模型分层切换控制系统设计
• 3.2.3 车速控制系统仿真验证
• 3.3 加速度多模型分层切换跟踪控制
• 3.3.1 基于逆模型方法的线性化模型集合
• 3.3.2 加速度多模型分层切换控制系统设计
• 3.3.3 加速度控制系统仿真验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于CAN 网络的实车实验平台
• 4.1 原有实验平台及存在的问题
• 4.2 实验平台总体设计
• 4.3 电控辅助制动器
• 4.3.1 液压系统设计
• 4.3.2 电机和电磁阀控制算法
• 4.4 CAN 网络应用层协议
• 4.5 其它网络节点
• 4.5.1 汽车状态信号采集
• 4.5.2 雷达信号处理
• 4.5.3 人机交互界面
• 4.5.4 节气门执行器
• 4.5.5 纵向控制器
• 4.6 实验平台集成
• 4.6.1 部件的布置和安装
• 4.6.2 线路的布置
• 4.7 实验平台性能验证
• 4.8 本章小结
• 第5章 汽车纵向运动控制系统实验研究
• 5.1 实验工况描述
• 5.2 车速跟踪控制试验
• 5.2.1 试验过程
• 5.2.2 50%额定载质量，无坡度工况
• 5.2.3 50%额定载质量，下坡工况
• 5.2.4 90%额定载质量，上坡工况
• 5.3 加速度跟踪控制试验
• 5.3.1 试验过程
• 5.3.2 加速工况
• 5.3.3 制动工况
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 鲁棒控制和切换控制相关定义和定理
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果