【《汽车超车轨迹控制系统整体设计案例》1900字】

汽车超车轨迹控制系统整体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u32318汽车超车轨迹控制系统整体设计案例 1277081.1轨迹预测控制器设计 166091.1.1驾驶员模型简介 1171751.1.2预瞄跟随理论概述 2100221.1.3驾驶员方向控制模型 2147221.2基于轨迹预测的预瞄控制器的搭建 41.1轨迹预测控制器设计1.1.1驾驶员模型简介在如今的汽车智能驾驶的研究领域中，研究者们多数从控制理论的角度来直接探讨车辆控制系统的控制策略和控制结构。然而驾驶员才是交通行为的直接参与者，分析驾驶员的驾驶方法和控制习惯，进而开发出对应的智能车辆的控制算法，已成为一种新的研究趋势。从驾驶员操作车辆的特性来看，驾驶员正常操作车辆存在一个从车辆周边的交通环境、道路交通规则等进行信息感知，再到对驾驶信息判断对应的行驶轨迹决策，最后对预期的行驶轨迹进行校正操作的过程。如下图所示，在整个操纵过程中，车辆、道路及驾驶者三方共同搭建了一个复杂的闭环控制系统。图1.2驾驶员模型示意图驾驶员模型是一个相对复杂的控制系统，其主要包含有方向控制、驱动控制、制动控制等。其中，方向控制是模型的核心。多年以来，研究人员提出了各类的基于传统控制理论的驾驶员模型，例如PID控制，BP神经网络控制等[17]。然而，真正的驾驶员系统是一个非线性时变的动态变化系统，需要大量的测试或模拟来确定传递函数，然后根据特性将该函数用于确定驱动程序的模型。因此，基于传统控制理论的方法在控制转向方面有很多局限性。在现在，随着智能控制理论的发展，基于转向控制的驾驶员模型所研究的主要是预瞄跟随算法模型的应用。1.1.2预瞄跟随理论概述为了模拟驾驶员在期望轨迹上的驾驶行为特征，研究者们已经建立了许多驾驶员模型。本文在前人研究的基础上，探讨了基于预瞄跟随理论的驾驶员模型。该模型认为驾驶员在操纵车辆行驶时，可以一直注意到车辆前方距离为d的某一点，并在之后施加一个转向角给方向盘,使得在行驶距离为d后汽车的行驶轨迹与预期的道路轨迹相符。预瞄跟随理论根据未来的输入信息来描述接下来的驾驶特性。这个理论一般可以用以下几点来论证[18]。1)在通常情况下，驾驶员的操纵是一个低频的进程，闭环系统的传递函数在低频率范围应该一直是1，也就是说P(2)图1.3显示了预瞄跟随器的主体结构图，其中y表示超车车辆的实际横向位置，f和fe分别表示在绝对坐标系和车辆坐标系上的超车车辆的横向位置。图1.3预瞄跟随控制器结构图1.1.3驾驶员方向控制模型在分析驾驶员转向操作控制行为的基础上，提出了驾驶者具有一定的轨迹预测能力的假设，并建立了一个基于轨迹预测的单点预瞄驾驶员模型。首先通过假设汽车在预瞄时间内具有恒定的横摆角速度或者是横摆角加速度，再由假设得到的期望条件和车况来预测接下来的一段时间内的车辆轨迹，再结合预估的期望路径来进行计算并决策得出理想的方向盘转角。在对方向盘进行理想转角计算时，采用期望式、增量式及期望式与增量式相互集成的计算方法，最终研究得到了一种基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型，并命名为DMb模型[19]，如图1.4所示。图1.4驾驶员方向控制模型——DMb模型在模型公式的推导及参数获取中，需要注意以下几点：1)DMb模型中td、th、tc分别为神经反应滞后时间、动作反应滞后时间、微分校正系数，在全仿真模拟中用于评估驾驶员的神经反应及动作反应滞后[19]。但在本次设计中由于采用硬件在环仿真试验，即半实物仿真实验，已经考虑到了部分实际驾驶工况，故暂时不考虑驾驶员的微分校正能力。2)原式中∆f，即预瞄点的侧向偏差，在CarSim中无法直接获得，其只能输出预瞄点到指定道路中线，故需要预瞄点的侧向偏差通过一定的几何计算获得，有几何关系可得∆f=d图1.5侧向偏差计算示意图3)原式中Gω为到汽车横摆角速度ω对方向盘转角δsw的稳态增益G其中isw为转向盘转角和前轮转角的角传动比，L为汽车的轴距，vK=其中lr和lf分别是车辆质心到车辆的前轴及后轴的距离[21]，即L=lr+1.2基于轨迹预测的预瞄控制器的搭建由上文所作的理论分析和DMb驾驶员方向控制模型，可在LabVIEW中依照模型建立轨迹预测控制器。LabVIEW是基于图形化编程的软件。其优点是程序搭建简单，使用者无需掌握复杂的编程语言，且内置了详细的中英文使用说明和丰富的使用示例[22]。模块化是LabVIEW另一个