智能车辆队列纵向控制系统的建模与实验研究

摘要 (i)

Abstract (iii)

第1章绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.2.1 智能车领域国内外研究概述 (2)

1.2.2 车辆纵向动力学系统建模 (6)

1.2.3 纵向控制系统研究概述 (7)

1.3 本文的研究意义与研究内容 (9)

1.3.1 研究意义 (9)

1.3.2 研究内容 (9)

第2章车辆纵向动力学系统建模 (11)

2.1 引言 (11)

2.2 车辆纵向动力学模型 (11)

2.2.1 发动机模型 (11)

2.2.2 液力变矩器及自动变速器模型 (12)

2.2.3 制动系统模型 (16)

2.2.4 车辆传动、行驶系及整车运动系统模型 (17)

2.3 汽车纵向动力学模型仿真 (18)

2.4 本章小结 (21)

第3章车辆队列纵向控制系统设计 (23)

3.1 自动化高速公路分层控制结构 (23)

3.2 车辆纵向分层控制系统 (24)

3.3 上位控制系统 (26)

3.3.1 间距控制策略 (26)

3.3.2 队列车辆上位控制器建模与仿真 (31)

3.4 下位控制系统 (34)

3.4.1 模糊理论概述 (35)

3.4.2 油门模糊控制器结构与设计 (36)

3.4.3 制动模糊控制器结构与设计 (39)

3.4.4 油门与制动协调切换策略 (39)

3.5 仿真实验结果及分析 (41)

3.6 本章小结 (44)

第4章油门与制动切换控制实时仿真平台 (45)

4.1 dSPACE系统 (45)

4.1.1 dSPACE硬件系统 (45)

4.1.2 dSPACE软件系统 (45)

4.1.3 快速控制原型系统 (46)

4.2 油门与制动快速控制原型设计 (47)

4.2.1 抗饱和PID控制器 (48)

4.2.1.1 典型PID控制原理 (48)

4.2.1.2 抗饱和PID控制器 (48)

4.2.2 油门与制动快速控制原型构建 (50)

4.3 仿真与实验结果 (52)

4.4 本章小结 (53)

第5章车辆纵向控制实验研究 (55)

5.1线路总体布置 (55)

5.2车辆信号采集 (56)

5.2.1超声波雷达 (56)

5.2.1.1超声波雷达测距原理 (56)

5.2.1.2超声波雷达与dSPACE串行通讯 (57)

5.2.2实车速度测量模块 (58)

5.3车辆油门/制动控制 (60)

5.4实车实验结果 (62)

5.5 本章小结 (63)

第6章总结与展望 (65)

6.1总结 (65)

6.2展望 (65)

致谢 (67)

参考文献 (69)

攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目 (73)

贵州大学硕士学位论文

第1章绪论

1.1 研究背景

汽车作为现代人类最密切的交通工具，从真正意义的第一辆汽车于1886年诞生以来，汽车实实在在的改变了人类的出行方式。随着经济的发展和人们出行观念的转变，汽车保有量和使用者得到快速增长。到2014年底，我国机动车保有量就达到了2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆[1]。汽车数量的急剧增长带给人类带来交通便利的同时，也给人类带来了交通拥堵，交通事故、环境污染、能源浪费等现代社会问题。每年都由交通事故带给人类巨大的损失，其中由人的因素（如判断失误，操作失误等）引发的交通事故就占总交通事故量的90%以上[2]。除此之外，城市道路拥堵也是一个世界性难题。据北京市评估报告显示[3]，北京市在2012年的全日拥堵时间为4小时20分钟。因此，提高车辆的控制能力，减少交通事故，提高公路的利用率是目前全球研究的热点问题。为了提高道路通行能力，减少交通事故的发生，提高公路的安全性和运行效率，进行智能汽车和智能交通系统的研究和开发是非常重要的。

目前，各个国家都竞相发展本国的智能交通系统。智能交通系统（Intelligent Transport Systems,简称ITS），是将先进的信息技术、人工智能技术、信息通讯技术、自动控制技术和计算机处理技术等有效地综合应用于整个交通管理体系而建立的一种实时、准确、高效的综合交通管理系统。其目的就是要着力于改善交通运输系统，加强车辆、道路、人三者之间的联系，逐步建立一个智能、高效、安全、舒适、环保的智能化综合交通运输体系[4]。智能车辆（Intelligent Vehicle）作为智能交通系统的重要组成部分，已成为中外学者在车辆领域研究的热点。综合运用自身所具有的感知、决策和操纵能力，并且能够独立的完成汽车的驾驶工作。智能车辆是通过自主驾驶完成与人类驾驶员一样的驾驶任务（如车辆的横向和纵向控制、路径的识别和跟踪、障碍物的识别和避障、车辆的检测和跟随等），致力于提高车辆的安全性、舒适性及友好的人机交互界面，可以减轻驾驶强度，增加道路交通的安全性。而作为智能汽车的另一个发展方向，智能车辆的列队行驶作为智能车辆高速公路系统的重要研究领域不仅可以大大提高高速公路的交通通行能力，还可以减少队列车辆的燃油消耗和废气排放。因为在智能交通系统中，车辆可以实现多个车辆排成一列以一定车间距和速度行驶，车间距减少了那么一定的路段上可以行驶的车辆就会跟多，从而提高了智能交通系统的交通容量。另一方面队列行驶中的车辆车间距减小也会改变车辆的空气动力学特性，减少了空气阻力[5],从而提高了车辆的燃油经济性[6]。因此，智能汽车研究将对人类社会