基于人-车-路闭环系统的汽车操稳试验及评价方法研究

摘要

伴随汽车工业的蓬勃发展，汽车的安全、节能和环保成为汽车研究的三大热点，其中，安全性是汽车性能的重中之重。在安全方面，行车安全尤为重要，汽车操纵稳定性是反映行车安全的重要指标，也是汽车底盘开发过程中最关键的性能之一，将直接关系到汽车的主动安全性能。因此，对操纵稳定性进行有效的评价是汽车底盘开发过程中的核心步骤之一，国内主机厂往往需要依靠国外技术力量才能完成底盘操纵稳定性的评价与提升。所以，如何对设计的车辆实施客观试验验证并进行评价，最终实现汽车安全性的提升，成为了当前汽车工程领域的重要前沿课题之一。
　　实车试验是评价车辆操纵稳定性的基本手段，关于实车试验与评价方法的研究是汽车操纵稳定性研究的重要课题。车辆的操纵稳定性受到汽车结构、道路环境和驾驶员等因素影响，传统的客观评价忽略了驾驶员、道路和车辆之间的相互影响，存在一定的不足，因此传统的操纵稳定性试验评价主要是基于驾驶员的主观评价，然而主观评价结果会受到驾驶员个体差异的影响，误差较大。本文围绕着人-车-路虚拟试验方法、实车道路试验方法和客观评价方法三个领域进行了深入的研究，试图探索一种用于车辆操纵稳定性试验的客观评价试验方法，提出了一种在计算机上进行数字仿真，并与实车道路试验相结合的方法，该方法可以代替真实驾驶员进行实车道路试验，扩大了计算机仿真分析技术在汽车研发中的应用。更为重要的是，该方法可以避免驾驶员个体差异对试验结果的影响，同时减少了试验的危险性。在此基础上，本文对车辆操纵稳定性的客观评价方法进行了研究，对操纵稳定性评价指标的权重系数进行了分析，提出了一种基于主客观赋权的客观评价分析方法。
　　本文主要针对以下内容展开研究：
　　一、根据预瞄-跟随理论，结合车辆和驾驶员状态反馈信息，建立了预瞄–补偿优化神经网络驾驶员模型。驾驶员模型结构的确定和关键参数的选取是准确预测驾驶员行为的基础，本文通过研究驾驶员车辆感知模型、驾驶员的预瞄时间、反应时间和惯性延迟时间确定了驾驶员模型参数。利用开环辨识试验得到车辆的数学模型，通过与实车的场地数据在不同车速和不同稳态侧向加速度的阶跃输入下进行对比，验证了辨识模型的正确性。最后，建立人-车-路虚拟闭环试验系统，通过典型的对开/对接路面对人车路闭环系统进行了分析，仿真结果表明人-车-路闭环试验系统可以有效地模拟驾驶员驾驶车辆的行为。
　　二、实车试验测试方法研究。为了准确评价汽车操纵稳定性，需要分析测试设备的技术参数，因此，操纵稳定性试验中试验设备的整合是操纵稳定性评价的关键环节。本文分析研究了操纵稳定性的开环和闭环试验方法，确定了整车测试试验变量及其要求，提出了试验测试装置的参数要求，根据实际测试过程中遇到的问题改进和试制试验夹具，对车辆操纵稳定性试验设备组合方案进行了必要的研究，减少了在测试过程中测试变量的冗余。
　　三、人-车-路闭环系统在实车道路试验中的应用。本文通过对目前国内外操纵稳定性试验评价方法进行分析，基于转向机器人，采用虚拟计算和实车的道路试验相结合的方法，实现了人-车-路闭环系统在实车的道路试验中的应用。分析了车辆模型和驾驶员模型，搭建完成了实车的道路试验测试系统。同时，分析了侧向位移的测量误差及其产生机理，通过改进传感器及其安装位置提高了侧向位移的测量精度。对双移线和蛇形试验等典型工况试验进行了实车行驶轨迹研究，得到了理想的实车行驶轨迹。将其输入到人-车-路闭环系统，通过优化算法得到了典型工况下驾驶员的操纵输入。同时，将驾驶员和场地的不确定性耦合在方向盘转角中。最后，将此转向盘输入转向机器人，并在试验场进行实车验证实验，将所得结果和真实驾驶员的测试结果进行了对比。试验结果表明，该试验方法在规定的工况下可以圆满地完成试验任务。
　　四、汽车操稳性的客观评价方法研究。在操纵稳定性试验方法的研究基础上，选择车辆和驾驶员。通过多策略评价赋值的思想对客观评价指标进行赋值，并根据驾驶员进行主观赋权优化主客观偏好系数，得到了结合主客观赋权的客观评价指标权重系数，并确定了操纵稳定性试验的客观综合评价方法；最后，根据选取的驾驶员和车辆对论文提出的试验系统及客观评价方法进行了初步实车道路试验，根据典型工况下的车辆操纵稳定性试验数据，得到了车辆操纵稳定性试验的主客观评价结果，以此为基础，分析了车辆操纵稳定性主客观评价的一致性，验证了本文所述的操纵稳定性客观评价方法的可行性和正确性。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2车辆的道路试验与评价

1.3本文研究思路与技术路线

1.4本文研究内容

第二章 人-车-路闭环系统的仿真研究

2.1驾驶员模型的建立

2.2驾驶员模型参数分析与计算

2.3整车动力学建模

2.4人-车-路闭环系统的建立与验证

2.5本章小结

第三章 客观评价试验方法及试验方案研究

3.1试验法规和试验方法

3.2实车试验测试变量及要求

3.3试验设备

3.4试验方案设计

3.5本章小结

第四章 人-车-路闭环系统在汽车操稳试验中的应用

4.1人-车-路闭环系统的简化

4.2汽车操稳试验测试系统的搭建

4.3人-车-路闭环系统在道路试验中的应用

4.4本章小结

第五章 汽车操稳客观评价方法的研究

5.1操稳试验条件及工况

5.2评价指标分析

5.3实车的道路试验结果

5.4结合主观赋权的客观综合评价方法

5.5客观评价方法的验证

5.6本章小结

第六章 全文总结及未来展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间已发表的论文