智能电动汽车跟车工况的整车控制系统研究

摘要

智能车辆能够利用环境感知、信息融合、智能控制等关键技术实现自动驾驶功能。本文针对智能电动汽车在跟车自主行驶工况下对横向和纵向运动实现智能化和实时性控制的要求，依托课题组已有的电动汽车自动驾驶平台 QUTEV-1，进行了跟车工况下整车控制系统的信息感知与输入研究，研究了跟车工况下智能电动汽车自动变速、制动和转向的上层控制策略和下层控制算法，在此基础上完成整车控制系统的软硬件设计，并通过仿真和实车实验验证控制系统的性能。
　　设计了基于单目视觉和前车车牌宽度测量的车距测量算法，为整车控制系统提供车距、本车车速、前车车速和前车加速度等基础输入参数。设计了基于单目视觉的车辆偏航角、横向距离和弯道曲率的测量算法，制定了车辆姿态控制策略，实现了每秒自动调整修正车辆姿态，为跟车自主行驶提供了前提条件。
　　基于安全车距模型，结合道路交通拥挤度和基于NAR神经网络的车速预测方法，设计了跟车自主行驶工况下的自动变速和制动耦合控制策略。设计了纵向运动下层控制算法，对轮毂电机调速电压和制动轮缸压力实现了实时自动控制。通过自动变速和制动耦合控制策略和纵向运动下层控制算法实现了跟车工况下QUTEV-1的纵向运动自动控制。
　　通过分析侧滑和侧翻稳定性这两个指标，建立了弯道行驶安全性评价模型。基于弯道行驶安全性评价模型，通过车辆动力学软件仿真，建立了弯道安全行驶速度与弯道曲线半径之间的函数关系，从而设计了弯道自主转向上层控制策略。研究了与控制策略相匹配的横向运动下层控制算法，实现了对横向运动偏差的最优化控制。
　　利用电路设计软件对整车控制系统进行了硬件设计，利用ARM单片机语言和C语言对整车控制系统进行了软件设计。通过仿真和实车试验验证了控制系统具有良好的实时性，准确性和鲁棒性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 智能车辆信息感知与输入特征研究

2.1基于单目视觉的车距测量算法设计

2.2 基于单目视觉的车辆偏航角测量

2.4 车辆姿态控制策略研究

2.5 弯道曲率检测

2.6本章小结

第3章 自动变速和制动耦合控制策略研究

3.1国外汽车行车安全距离模型分析

3.2 安全车距模型建立

3.2.2安全车距模型的建立

3.3基于神经网络的车速预测方法

3.4自动变速和制动耦合控制策略设计

3.5本章小结

第4章 纵向运动控制算法研究

4.1 车辆纵向动力学模型

4.2 自整定模糊PID的基本原理

4.3 基于自整定模糊PID的纵向运动控制算法设计

4.4 本章小结

第5章 横向运动控制策略和控制算法研究

5.1 弯道行驶安全性评价模型

5.2 弯道自主转向上层控制策略

5.3横向运动下层控制算法

5.4本章小结

第6章 整车控制系统的软硬件设计

6.1单目摄像机和上位机选型

6.2整车控制器设计

6.3 传感器电路模块设计

6.4 控制模块设计

6.5 驾驶员接管接口设计

6.6 控制软件设计

6.7 本章小结

第7章 实车试验和结果分析

7.1试验路径设计

7.2前车速度和加速度变化曲线设计

7.3 加速度测量偏差

7.4横向位移测量偏差

7.5 本章小结

第8章 结论与展望

8.1 研究结论

8.2 论文创新性

8.3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢