汽车在两种转向工况下的路径规划与路径跟踪研究

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1、中图分类号：U461.6论文编号：102870215-B012学科分类号：080204博士学位论文汽车在两种转向工况下的路径规划与路径跟踪研究研究生姓名王健学科、专业车辆工程研究方向车辆系统动力学指导教师赵又群教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二○一五年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchOnPathPlanningandPathTrackingforAutomobileInTwoStee

2、ringConditionsAThesisinVehicleEngineeringbyWangJianAdvisedbyProf.ZhaoYouqunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyJune,2015承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航

3、空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学博士学位论文摘要随着世界汽车工业的飞速发展，汽车在给人们日常生活带来便利的同时也导致了日益增多的道路交通事故。先进驾驶员辅助系统ADAS(advanceddriverassistancesystems)能够减轻驾驶员的疲劳，减少道路交通事故的发生，提高驾驶的安全性和舒适性。近30年，先进驾驶员辅助系统成为汽车生产厂商和国内外学者的研究重点，从早期的防抱死制动系统ABS(anti-loc

4、kbrakingsystem)、电子车身稳定系统ESP(electronicstabilityprogram)发展到现代的自动泊车系统APS(automaticparkingsystem)、紧急避让系统ECAS(emergencycollisionavoidancesystem)。针对低速平行泊车转向工况和高速紧急避让转向工况，进行两种转向工况下的路径规划与路径跟踪相关理论研究。采用理论分析与工程实践相结合的方法，完成平行泊车系统的自主开发。本文完成的主要工作如下：（1）针对低速平行泊车转向工况，提出了一次泊车入位和多次泊车入位路径规划方法。采用逆向思维方式，根据泊车过

5、程中汽车与周围障碍物可能发生的碰撞，设计泊车起始位置选择模糊控制器。为了解决泊车路径曲率不连续以及路径调整困难问题，采用样条理论进行泊车路径曲线拟合与调整。针对高速紧急避让转向工况，采用样条理论和Sigmoid函数方法进行高速紧急避让路径规划，解决了紧急避让路径侧向加速度过大或产生阶跃、曲率不连续的问题。（2）将自抗扰控制ADRC(activedisturbancerejectioncontrol)方法应用到低速泊车路径跟踪中，提高了车辆泊车高精度侧向控制问题。考虑泊车速度变化、转向机械部分运动学模型不确定性以及转向系统延迟，建立基于ADRC方法的路径跟踪控制器。采

6、用预瞄跟随理论，建立基于侧向位移跟踪的线性扩张状态观测器LESO(linearextendedstateobserver)。考虑车辆偏航角度，利用双曲正切函数的单调有界性，应用路径侧向位移偏差与偏航角偏差的非线性组合函数，建立基于侧向位移和偏航角的路径跟踪自抗扰控制器。利用实验车进行平行泊车系统实车测试，验证了路径跟踪控制器的有效性。将滑模迭代方法应用到自抗扰控制器的设计中，建立滑模自抗扰控制器，提高了低速泊车转向工况下不同轴距车辆路径跟踪的鲁棒性问题。（3）将LESO用于估计轮胎与地面之间的纵向附着系数。路面附着系数估计能够为紧急避让路径规划与路径跟踪提供理论依据。建

7、立双轮车辆制动动力学模型，利用滑模变结构控制建立车辆滑移率控制器，采用积分切换面消除滑模控制器的抖振问题，利用LESO将路面附着系数项观测出来，实现附着系数实时估计。（4）针对高速紧急避让转向工况，提出基于车辆横摆角速度和车辆行驶路径曲率的自抗扰路径跟踪方法。以二自由度车辆模型为基础，分别建立基于横摆角速度控制和基于曲率控制的自抗扰路径跟踪控制器，并与基于LQR控制方法设计的路径跟踪控制器的控制效果进行对比。i汽车在两种转向工况下的路径规划与路径跟踪研究通过实车试验确定最优预瞄时间，利用Carsim/Simulink进行联合仿真，仿真结果