基於人-車互動作用的車輛運動包絡控制研究

《基於人-車互動作用的車輛運動包絡控制研究》是依託上海交通大學，由喻凡擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於人-車互動作用的車輛運動包絡控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：喻凡
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

任一車輛都存在本身固有的極限能力問題，如以輪胎橢圓包絡線表示的輪地附著極限對車輛動力學性能的限制。對傳統車輛而言，其極限能力的發揮很大程度取決於駕駛者的操控水平。然而，對裝有底盤動力學主動控制系統的現代車輛而言，其運動極限能力則由車輛系統機械特性、控制系統特性、駕駛員特性及其對行駛環境的適應能力等因素共同決定。本項目以某電動原理樣車為例，從人、車和主動控制系統組成的閉環系統的相互關係出發，提出基於人-車互動作用的車輛運動包絡控制的研究課題。研究內容包括：如何根據駕駛員操控指令對車輛及其運行狀態進行實時監測和估計；如何採用包絡控制策略在極限範圍內實現人-車互動系統的運動穩定控制；如何結合駕駛員模型、充分利用車輛及其控制系統的極限特性，實現人-車系統綜合性能最優，提高車輛的主動安全性及舒適性，同時實現駕駛員的無憂慮駕駛。本項目的研究是車輛動力學及其控制領域的前沿，具有很好的理論和實際意義。

結題摘要

任一車輛都存在本身固有的極限能力問題，如以輪胎橢圓包絡線表示的輪地附著極限對車輛動力學性能的限制。對傳統車輛而言，其極限能力的發揮很大程度取決於駕駛者的操控水平。然而，對裝有底盤動力學主動控制系統的現代車輛而言，其運動極限能力則由車輛系統機械特性、控制系統特性、駕駛員特性及其對行駛環境的適應能力等因素共同決定。本項目首先針對車輛動力學模型中不確定性參數輪胎力和輪胎側偏剛度設計了雙卡爾曼濾波觀測器，利用參考車輛動力學模型對車輛質心側偏角等參數進行了辨識，同時研究了車輛運動包絡極限，並提出了一種車輛穩定性極限的相平面表述方法，並基於車輛運動包絡極限，利用模型預測控制算法設計了主動轉向、主動制動、主動轉向與主動制動集成控制器，並進行了仿真分析。在前述研究基礎上，項目針對安全駕駛分析，定義了基於車輛狀態的“道路安全邊界”，對車輛包絡極限約束條件提出了一種基於動力學的道路安全邊界約束條件求解方法，引入了道路安全邊界的求解方法，並對車輛集成控制進行了仿真分析。為了研究駕駛員特性對車輛操縱特性的影響，項目結合車輛和駕駛員狀態反饋信息建立了預瞄–補償最佳化神經網路駕駛員模型，聯合MSC CarSim 建立了人-車-路閉環試驗系統，並進行了仿真實驗分析與實車操縱穩定性實驗分析。同時基於項目組設計的四輪輪轂電機驅動電動車樣機，利用分數階PID 控制理論對實驗室線控輪轂電機驅動電動車設計了新的操縱穩定性控制器，並通過實驗對控制程式進行了驗證。