考慮道路幾何特征的車速自適應控制方法研究.pdf

1、近年來，隨著我國汽車數量的急劇增多，道路交通安全問題日趨嚴重。由于車輛具有高速移動性，且道路存在陡坡、急彎、不規(guī)則路面等復雜的幾何特征，行駛在相關道路上的車輛經常會出現(xiàn)追尾、側翻等交通事故。智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關鍵載體，廣泛涵蓋了以主動安全為導向的先進車輛輔助駕駛與自動駕駛功能，可以提高道路通行能力，提升交通安全性和快捷性，并在此基礎上節(jié)約能源、減少污染等。在不同道路幾何特征條件下的車速自適應控制一直是智能車輛關鍵技術的研究重點和

2、難點。半實物仿真技術在系統(tǒng)設計與測試的便捷性、復驗性、適應性以及安全性方面具有實車道路實驗無可比擬的優(yōu)勢。本文依托武漢理工大學智能交通系統(tǒng)研究中心構建的道路交通仿真系統(tǒng)，采用半實物仿真技術，針對不同道路幾何特征的車速自適應控制問題，提出了一些新的評價函數，以提高控制律的適應性。
　　首先，引入相似理論，對理論模型與仿真縮微車之間的幾何相似、運動相似以及動力相似三個方面進行分析，構建了縮微車模型與智能調控模擬實驗平臺參數標定方法。在

3、道路幾何建模方面，采用回旋線函數建立彎道和坡道幾何模型。在車輛運動學建模方面，采用拉格朗日法建立基于3自由度的車輛縱橫向耦合模型，包括縱向運動、橫向運動與橫擺運動的耦合?；诘缆方煌ǚ抡嫫脚_和車輛硬件在環(huán)系統(tǒng)，建立了車速自適應控制方法實驗環(huán)境。
　　接著，分別引入坡道和彎道幾何線形特征，提出考慮道路幾何特征的評價函數，設計了車速自適應控制方法。在坡道條件下，推導了坡度角及其變化率的計算公式。根據系統(tǒng)耗散性所反映的能量損耗特性，將車

4、速自適應控制轉化成以能量存儲函數為優(yōu)化目標的H∞控制問題。建立關于車速調控的γ耗散性能準則，采用HJI方法(Hamilton-Jacobi-Issacs)，將控制律的設計轉化為構造包含坡道幾何特征激勵費用和車速、縱向加速度變化補償費用的能量存儲函數。采用Backstepping方法，沿著車速控制系統(tǒng)的積分器鏈信號傳遞的正向，通過逐步逼近γ耗散不等式的方式，設計車速自適應控制律。在MATLAB環(huán)境下開展坡道自主駕駛的智能車速調控仿真實驗，

5、對整個上、下坡道的牽引力變化分析，結果表明考慮坡道幾何特征的車速自適應控制律不僅可以根據上下坡的坡度角變化自動調節(jié)車速，且具有車輛行駛安全性高，能量消耗低的優(yōu)勢。
　　在彎道條件下，對彎道曲率及其變化率的計算公式進行推導，建立車速調控γ耗散性能準則，將橫向偏差自調節(jié)轉化成以偏差平方和最小的最優(yōu)控制問題。構造包含彎道幾何特征激勵費用和車速、橫向加速度變化補償費用的評價函數，采用LMI方法將控制律設計轉換為滿足橫向偏差控制系統(tǒng)Hurw