多车跟驰下的车辆纵向控制动力学建模与仿真

摘要

论文以中国博士后科学基金项目《车路协同环境下车群运行模拟与实验研究》和2011年现代交通技术领域863主题项目《智能车路协同关键技术研究》为依托,以多车跟驰行驶时的主动安全避撞为应用背景,探索性研究以基于MAVI多车跟驰模型计算出的车辆安全间距和期望速度作为边界条件,进行车辆纵向控制动力学建模,从而计算制动力矩和油门开度。本文主要以下几个方面取得一定的研究进展:
　　 1、综述国内外有关多车跟驰理论和车辆纵向控制动力学建模的研究成果和实践经验,提出将多车跟驰模型与车辆纵向控制动力学模型进行有机结合的研究思路。
　　 2、深入分析非车路协同环境下多车跟驰模型的局限性,以及在车路协同环境下的多车跟驰特性,初步构建了多车跟驰下的车辆纵向控制实验系统。
　　 3、提出了一种基于多前车行驶信息的多车跟驰模型——MAVI(MultiAhead Vehicle Information)。选用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析法对模型的稳定性进行分析和优化验证。研究结果表明基于多前车行驶信息的多车跟驰模型较以前仅仅基于最邻近前车跟驰模型的临界敏感系数明显减小、模型的稳定区域增大、有利于保持车流的稳定。
　　 4、基于visual studi02010平台,采用C＃语言对本文提出的MAVI多车跟驰模型进行仿真软件的设计与开发,利用这一仿真软件对MAVI模型进行仿真分析,主要是对模型中的几个重要参数进行标定。通过多次假设模拟场景进行仿真标定了MAVI模型中的敏感系数α以及反应系数λ。在寻找理想参数组合过程中,涌现出大量的研究结果。
　　 5、建立基于多车跟驰理论的车辆纵向控制动力学模型,将主动安全避撞和列队行驶为应用背景,在Matlab/Simulink对车辆纵向控制动力学模型进行了仿真,将跟驰模型的期望速度和间距作为车辆纵向控制动力学模型的输入,通过特定控制算法的计算,得到车辆的制动力矩或车辆的油门开度。
　　 从微观角度研究多车跟驰行为特性,并基于多车跟驰理论建立车辆纵向控制动力学模型,其研究成果将为车辆主动安全避撞、车辆列队行驶及交通仿真提供理论依据,具有一定的研究意义和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景

1.3 研究现状与问题的提出

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 研究问题的提出

1.4 研究对象与目标

1.4.1 研究对象

1.4.2 研究目标

1.4.3 研究意义

1.5 主要研究内容

第二章 基于多前车行驶信息的多车跟驰建模

2.1 基于多前车行驶信息的车辆跟驰运动规律与特性分析

2.1.1 基于多前车行驶信息的多车跟驰运动规律

2.1.2 基于多前车行驶信息的多车跟驰特性分析

2.2 基于多前车行驶信息的MAVI多车跟驰建模

2.2.1 基于优化速度函数的车辆跟驰

2.2.2 MAVI模型中优化速度函数的选取

2.2.3 MAVI多车跟驰建模

2.3 MAVI跟驰模型的稳定性分析

2.3.1 MAVI模型稳定性判据推导

2.3.2 MAVI模型稳定性区域分布

2.4 本章小结

第三章 MAVI多车跟驰模型参数标定

3.1 基于MAVI跟驰模型的仿真软件设计与开发

3.2 MAVI模型的仿真参数标定

3.2.1 敏感系数α的标定

3.2.2 反应系数λ的标定

3.2.3 理想参数组合的模拟仿真

3.3 本章小结

第四章 基于多车跟驰的车辆纵向控制动力学建模与仿真

4.1 整车动力学模型

4.1.1 四轮车辆模型

4.1.2 载荷转移计算

4.2 车辆轮胎模型

4.3 车辆纵向控制动力学建模与仿真

4.3.1 多车跟驰中的车辆纵向控制策略

4.3.2 只考虑纵向控制的车辆动力学模型简化

4.3.3 基于多车跟驰理论的车辆纵向控制动力学仿真

4.4 多车跟驰车辆纵向控制辅助制动系统

4.5 本章小结

第五章 结论与研究展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)

附录B Matlab与C#编程代码

1、基于Matlab的车辆跟驰模型稳定性分析代码

B.1 图4.1各种模型车头间距与敏感系数的临界曲线Matlab程序代码

B.2 图4.2m辆前车影响下的车头间距与敏感系数的临界曲线Matlab程序代码

B.3 图4.3参数λ取值对车头间距与敏感系数临界曲线的影响Matlab程序代码

B.4 图4.4.图4.6参数λ和m取值对MAVI模型的车头间距与敏感系数临界曲线的影响Matlab程序代码

2、VIISIMU0.1仿真软件代码