车辆换道安全预警与稳定性仿真研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:tiantanghao001
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本文对车辆换道安全预警系统与稳定性进行了介绍、分析研究及建模仿真,结果表明系统能根据不同的换道行驶工况判断换道过程中的安全性,同时验证在安全换道的前提下以换道轨迹进行转向换道时的操纵稳定性与平顺性。  车辆换道安全预警系统能在换道过程中根据相对初始速度与相对加速度值对换道安全进行预警,并且将驾驶员特性因素考虑进换道预警模型中而进一步设计更符合驾驶员的预警系统。在预警系统判定换道为安全过程后,系统给换道车辆一给定的安全换道轨迹。本文在国内外研究成果的基础上,利用Matlab和Adams仿真分析软件搭建了整车换道模型,研究了经典PID控制和自适应模糊PID控制策略。联合两个软件实现车辆在换道行驶工况下的仿真分析,验证了本文设计的模型的有效性,并对仿真结果进行分析对比,表明控制系统的优越性与换道车辆的稳定性。本文主要做了以下六个方面的研究内容:  (1)以当前交通现状中由换道所造成的事故情况为前提,表明换道安全预警系统与换道过程中稳定性的目的与意义。介绍与分析主动安全技术的发展进程与研究应用,再进一步在对国内外的换道安全预警系统分析研究现状加以概述。  (2)介绍了换道安全预警系统的感知(探测)模块的车载测距方式与现阶段主要的测距方式的优缺点,并采用机械式扫描机构而使得测距系统的测距广度。之后以典型的五车环境换道情形为基础,分别分析了换道车辆与其他行驶车辆在不同换道时间段内所能发生碰撞的形式,建立了换道安全预警模型的设计并进行Matlab仿真划分换道安全距离区域。  (3)介绍了换道过程中驾驶员特性因素对安全距离的影响,进一步将驾驶员特性因数模糊化后考虑进安全换道预警模型中,对比了前后两者换道模型之间的安全预警距离。最后建立换道过程中的整车操纵数学模型,并参阅某车型的整车参数实值。  (4)介绍了现工业中常规控制器作用与功用,建立具有良好控制效果的参数自整定换道过程控制器——自适应模糊PID控制器,以及对控制器进行仿真验证。分析换道过程中驾驶员模型并在Simulink中建立其仿真控制模型。  (5)基于车辆动力学软件Adams建立了整车模型,包括车身子系统、轮胎子系统、制动子系统、动力传动与转向子系统等。为了全面深入地验证所建模型的准确性与科学性与设计的控制系统对车辆的控制效果,通过软件之间的信息通讯与接口之间进行参数实时交互搭建了基于PID与自适应模糊PID控制的联合仿真模型,分别对两模型进行双移线与蛇形线仿真实验后分析仿真结果,同时也分析对照了PID控制和自适应模糊PID控制的效果,仿真结果表明:所建模型在控制器实时干预控制下,车辆能够按照指定轨迹完成换道试验,整车在换道实验过程中基本能(蛇形线实验时PID控制除外)避免发生侧滑、甩尾等失稳状况,确保转向稳定性和平顺性,而且可以得出自适应模糊PID控制的效果好于PID控制及所设计的换道过程驾驶员模型的可行性。  (6)首先,分析了本文的研究内容并简要介绍每章节的主要内容。其次,指出本文由于时间与实验条件限制所导致的不足与缺陷,并对后续的研究提出了些许期望与建议。
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