城市电动快速公交车辆智能转向控制及轨迹跟踪仿真分析

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1、国内图书分类号：TP242.6密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学研究生学位论文城市电动快速公交车辆智能转向控制及轨迹跟踪仿真分析年级二零一五级姓名聂哲俊申请学位级别工程硕士专业机械工程指导老师潘亚嘉副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisINTELLIGENTSTEERINGCONTROLANDTRAJECTORYTRACKINGSIMULATIONANALYSISOFURBANELECTRICBRTVEHICLEGrade:2015Candidat

2、e:NieZhejunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringScienceSpecialty:MechanicalEngineeringSupervisor:AssociateProf.PanYajiaMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要近年来，随着我国国民经济高速发展，国家大力推进城镇化建设，城市汽车保有量大幅增加，导致众多城市出现了交通拥堵、环境污染、交通安全等问题。目前主要通过限号、发展新能源汽车以及发展城市公共交通系统解决以上问题，从长远来看，电动快速公交车无疑是一种比较理想的解决方案。因此，提出一种能够在快速公交

3、专用道路上完成道路跟踪、站台精确停车，突发情况时驾驶员能够快速介入的智能电动快速公交车辆方案，该方案既可有效减小交通拥堵、环境污染，又能通过车辆智能化减少对驾驶员的依赖，减轻驾驶员驾驶疲劳。首先，针对现有自动转向结构存在的不足，设计一种能够在突发情况下（驾驶员介入）有效减小转向延时的自动转向系统。该系统通过在传统机械转向结构上增加一组行星齿轮机构，将转向系由单输入系统变为双输入系统，并通过控制驱动电机1、2及其所连接的具有反向自锁特性的蜗轮蜗杆减速器实现单输入系统（自动转向）与双输入系统（电动助力转向）自由切换，增加智能电动快速公交车辆行驶安全性。其次，采用基于车辆简化二轮运动学模型预测控制

4、算法（MPC）建立轨迹跟踪控制器，并运用模糊PID控制算法进行前轮转角内环控制。半实物自动转向实验平台在传统机械转向结构基础上搭建，通过安装驱动电机与主控制板实现转向系统自动化。半实物仿真时，运用Matlab/Simulink外部仿真功能将SimulinksupportpackageforArduino的端口模块以及Matlab/Simulink模块转化为嵌入式代码，外部计算机与Arduino主控制板通过串口通信实现自动转向系统半实物仿真，并测试所建立的模糊PID控制器性能。最后，提出一种基于参考轨迹曲率的可变权重与可变预测域模型预测控制器，运用Matlab/Simulink软件与Truck

5、Sim软件建立直接转矩控制三相异步电机模型、轨迹跟踪控制器与电动快速公交车辆模型，联合TruckSim与Matlab/Simulink实现智能电动快速公交车辆在不同载荷下对预定轨迹的跟踪仿真分析。仿真结果表明，该控制器相对于传统模型预测控制器具有更小的横向跟踪误差以及横、纵向加速度；通过对不同半径弯道的跟踪仿真确定了该系统通过不同半径弯道时车辆保持有效跟踪的最大行驶速度，为快速公交系统参考轨迹建模提供理论依据；通过精确停车仿真分析验证了所建立的智能电动快速公交车辆站点精确停车能力。关键词：智能电动快速公交车辆；自动转向系统；轨迹跟踪；模型预测控制；TruckSim；Matlab/Simuli

6、nk西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofthenationaleconomyandthecountry'svigorouseffortstopromoteurbanization,thenumberofcarsincitieshasincreasedsignificantly,leadingtoproblemssuchastrafficcongestion,environmentalpollution,andtrafficsafetyinmanycities.Atpresent,theabovei

7、ssuesaremainlysolvedthroughthetrafficrestrictionsbasedonthelastdigitoflicenseplatenumbers,thedevelopmentofnewenergyvehicles,andthedevelopmentofurbanpublictransportationsystems.Inthelongrun,electricbusesareu