基于模糊MPC算法的自适应巡航控制系统研究

摘要

汽车自适应巡航控制系统(ACC)能够在汽车行驶的过程中给与驾驶员纵向控制上的极大的帮助。ACC控制主车的速度和与前车的距离以安全的跟随速度可能变化的目标车辆，这样能减轻驾驶员的行驶负担，提高驾驶员的舒适性，有效的减少交通事故发生。
　　本文将用相对传统方法较简单的方式建立纵向动力学模型，该模型是用Carsim软件来建立，在模型建立过程中需要确定输入输出的参数。研究自适应巡航系统的控制流程，分析自适应巡航系统的作用过程，分析定速巡航模式以及跟随巡航模式，着重分析这两种模式的切换方式和流程，对安全距离、雷达监测距离、最大加速度、最大主车车速、最大加速度变化率等约束条件进行分析和说明。进行自适应系统控制算法的研究，本文使用模糊MPC控制算法来研究ACC系统的控制策略，需要先建立模型预测控制算法，然后对其进行模糊化，建立模糊MPC控制器。模糊化过程需要多次测试，通过仿真实验和调试得到一个简单并且安全性和舒适性都合理的控制策略。运用主动安全软件Prescan在主车上面配置激光雷达，将纵向动力学模型和控制策略导入在该软件中，建立仿真实验需要的7种运行工况，建立仿真环境。本文的仿真主要是针对低速目标车辆的切入、高速目标车辆的切入、目标车辆脱离等7种工况对本文建立的ACC系统和传统的PID控制的ACC系统进行仿真对比，这些仿真结果主要速度、加速度、加速度变化率以及相对距离。
　　本文建立的动力学模型和ACC系统的仿真环境较传统的方法要简便并且能满足仿真实验的需求，分析并得到一套更有效的ACC系统控制流程，通过仿真证明本文建立的控制策略较传统的控制方法要更具有舒适性和安全性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 自适应巡航控制系统简介

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的目的和意义

1.4 本文主要研究内容

1.5 论文的组织结构

第2章 动力学模型的建立及ACC控制过程研究

2.1 车辆纵向动力学模型的建立

2.1.1 发动机模型

2.1.2 液力变矩器模型

2.1.3 自动变速器模型

2.1.4 制动器模型

2.1.5 运动学模型

2.1.6 车辆纵向动力学模型的实现

2.2 ACC控制过程基础理论研究

2.2.1 定速巡航模式研究

2.2.2 跟随巡航模式研究

2.2.3 CC与ACC之间的切换

2.2.4 仿真工况简析

2.2.5 约束与边界设置

2.2.6 驾驶员操作

2.3 小结

第3章 ACC系统控制算法设计

3.1 ACC系统MPC控制算法设计

3.1.1 建立ACC连续/离散时间模型

3.1.2 对模型进行滚动优化

3.1.3 对模型进行误差校正

3.1.4 建立ACC系统的MPC框架

3.1.5 建立MPC控制器

3.2 模糊MPC控制算法设计

3.2.1 建立模糊控制器整体框架

3.2.2 模型参数模糊化

3.2.3 模糊控制规则的建立

3.3 小结

第4章 ACC系统特性仿真研究

4.1 整体仿真模型的建立

4.1.1 实验场景的设计

4.1.2 车辆模型及传感器的配置

4.1.3 动力学模型和控制策略的导入

4.1.4 整体仿真环境

4.2 ACC系统系统仿真结果分析

4.2.1 工况1：低速目标车辆的切入

4.2.2 工况2：跟随一个减速目标车辆

4.2.3 工况3：接近静止的车辆或CC到ACC切换

4.2.4 工况4：目标车辆以正的相对速度切入

4.2.5 工况5：目标车辆驶出或ACC到CC切换

4.2.6 工况6：在交通灯位置加速

4.2.7 工况7：在交通拥挤后加速

4.3 小结

结论与展望

1 结论

2 展望

参考文献

致 谢