电动汽车主动避撞系统状态估计与控制策略研究

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1、电动汽车主动避撞系统状态估计与控制策略研究OntheStateEstimationandControlStrategyofCollisionAvoidanceSystemforElectricVehicle作者姓名：廉宇峰专业名称：控制理论与控制工程研究方向：复杂系统建模、优化与控制指导教师：田彦涛教授学位类别：工学博士培养单位：通信工程学院论文答辩日期：2015年5月24日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位陈增强教授南开大学主席张德江教授长春工业大学董再励研究员中科院沈阳自动化研究所委员于秀敏教授吉林大学陈虹教授吉林大学石要武教授吉

2、林大学张德江教授长春工业大学陈万忠教授吉林大学续志军研究员中科院长春光学精密机械续志军研究员中科院长春光学与物理研究所精密机械与物理研究所前言本文以四轮独立驱动轮毂电机电动汽车为研究对象，主要针对车辆安全系统的安全距离模型、动力学系统建模和车辆动力学控制三个关键技术在状态估计和控制策略两个方面进行深入研究，完成了车辆主动避撞系统的设计，实现了车辆的制动避撞与转向避撞功能，提高车辆行驶的安全性与操纵稳定性。（1）针对不同路面条件，提出了基于附着系数和驾驶意图参数的纵向安全距离模型。在纵向行驶中，基于纵向安全距离模型的车辆不仅能够适应不同路面条件，而且能够根据驾驶员的驾驶意图确定安全

3、距离的大小，有效地改善车辆安全系统的适应性与安全性。结合最小保持车距，提出了基于车辆边缘转向轨迹的侧向安全距离模型。在转向行驶中，基于侧向安全距离的车辆能够适应不同路面条件，并且通过车辆边缘轨迹间的距离来判断转向过程的安全性，结构简单，容易实现。（2）结合轮胎侧向力传感器提供的信息，提出了轮胎侧偏刚度估计的简化方法。简化的轮胎侧向动力学模型使得前后轮胎侧偏刚度能够完全解耦，从而简化了递推最小二乘法中递推模型结构，避免了估计过程中的矩阵运算，提高了估计器运算速度。结合轮胎侧偏刚度信息，设计了车身侧偏角的非线性观测器，并使用一阶斯梯林插值滤波器与一阶低通滤波器对车身侧偏角进行估计。（

4、3）结合转向稳定约束和轮胎侧偏刚度信息，车辆侧向动力学模型可以简化为单输入单输出系统，并引入H混合灵敏度设计方法设计了H鲁棒控制器，完成了侧向主动避撞系统对车辆参数摄动和侧向风干扰所产生不确定性的抑制。在保证车辆操纵稳定性的前提下，该方法简化了车辆动力学建模与控制器设计过程。（4）针对安全制动范围的非线性特性，结合变比例阀的液压分配特性，将安全制动范围线性化，并提出了基于约束的再生制动强度连续性的制动力分配策略。优化变比例阀的液压分配特性，并结合M曲线的切线，进而获得线性安全制动范围。基于线性安全制动范围，可推导不同制动强度下的再生制动力与摩擦制动力的函数表达式，并结合不同制

5、动强度区域再生制动强度的连续性及其约束条件计算前后轮的再生制动力和摩擦制动力。该分配策略不仅适用于双驱和四驱结构的电动汽车，而且为制动力分配提供了理论依据，具有较强的实用性。论文研究得到了中国电动汽车国家重点科技计划项目（项目名称：电动车碰撞与避撞安全技术项目，项目编号：JS-102）的资助。摘要电动汽车主动避撞系统状态估计与控制策略研究专业名称:控制理论与控制工程指导教师:田彦涛教授现代道路交通严峻的安全形势使得汽车消费者和政府管理者对车辆安全的期望越来越高，传统的车辆被动安全系统已不能满足现代交通要求，发展以预防为核心的先进车辆主动安全系统则是现代交通的迫切要求。汽车结构的复

6、杂性和外界环境的多变性使得车辆主动安全系统的研究越发复杂。车辆主动避撞系统研究虽然得到了飞速发展并获得了一些成果，但仍然存在很多问题需要深入研究与探讨。现有的研究大部分集中在纵向主动避撞系统的研究与设计上，而侧向主动避撞系统的研究与设计相对较少。出于提高车辆安全性的目的、使车辆主动避撞系统具有制动避撞与转向避撞功能，本文以四轮独立驱动轮毂电机电动汽车为研究对象，分别从安全距离模型、动力学系统建模和车辆动力学控制三个关键技术入手，对车辆在制动与转向两种避撞方式下主动避撞系统的状态估计与控制策略进行深入研究，具体研究内容与创新工作主要如下：第一，提出了基于附着系数和驾驶意图参数的纵向

7、安全距离模型与基于车辆边缘转向轨迹的侧向安全距离模型。为了既能保证车辆的行驶安全，又能提高道路的利用率，增大道路的交通流量，将反映路面条件的附着系数引入到安全距离模型中，同时，为了使安全距离模型能够反映驾驶员的驾驶特性，将反映驾驶员特性的驾驶意图参数引入到安全距离模型中，从而获得纵向安全距离模型，有效地提高纵向车辆安全系统的适应性和安全性。结合最小保持车距，提出了基于车辆边缘转向轨迹的侧向安全距离模型。该模型也能够适应不同路面条件，而且通过车辆边缘轨迹间的距离来判断转向过程的安全