考虑输入受约束的车辆稳定性控制研究

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1、分类号：ＴＰ２７３单位代码：１０１８３研究生学号：２０１５５２４０５３密级：公开吉林大学硕士学位论文专业学位（）考虑输入受约束的车辆稳定性控制研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＶｅｈｉｃｌｅＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＩｎｐｕｔＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ作者姓名：曲卓类别：工程硕士领域（方向）：控制工程指导教师：王德军副教授培养单位：通信工程学院２０１８年６月—————————————————————考虑输入受约束的车辆稳定性控制研究

2、—————————————————————ResearchonVehicleStabilityControlConsideringInputConstraints作者姓名：曲卓领域（方向）：控制工程指导教师：王德军副教授类别：工程硕士答辩日期：2018年6月2日考虑输入受约束的车辆稳定性控制研究摘要车辆在给人们生活带来极大便利的同时，其稳定性一直是值得关注的重点，在这个过程中高级驾驶辅助系统（ADAS）得到了迅速发展，自动驾驶技术更是未来汽车行业的主流方向。尤其在路面的摩擦系数较低时，车辆的可达行驶状态受到限制，

3、关于这种情况下车辆的稳定和巡航能力更应得到重视。针对现有的车辆稳定性研究，轮胎的纵向力和侧向力在极端工况下出现饱和，导致轮胎力分配问题无解的情况，提出基于动态目标调整的轮胎力分配方案。在路面摩擦系数低到某一阈值以下时，车辆的可执行驱动空间受限，驾驶员给定的车速、前轮转角被限制在一定范围内，本质上是非线性控制系统的输入受约束问题。本文的研究工作得到了国家重点研发计划新能源汽车重点专项“电动汽车智能辅助驾驶技术研发及产业化”(2016YFB0101102)的资助，所提出的解决方案使得车辆在低附着的路面上实现轮胎力的优

4、化再分配。本文建立了考虑侧风干扰的七自由度车辆模型，并涉及轨迹跟踪和队列保持问题。采用分层结构的思想，在上层控制中，分别运用车辆的纵向速度、侧向速度和横摆角速度为虚拟输入，来控制车辆与前车的纵向距离、相对于参考轨迹的侧向位移偏差和切向角度偏差，再设置合理的李雅普诺夫增广函数实现对虚拟输入误差的控制，从而运用反步法，设计了具有强鲁棒性的车辆稳定性控制器。至此，可以得到维持车辆稳定的合力与合力矩，接下来应考虑如何将它们合理分配到每个车轮。在下层控制中，首先由车辆和轮胎坐标系的变换，表示出车辆纵向力和侧向力的瞬时角度，

5、以轮胎的摩擦圆为限定条件，推导出在不同路面摩擦系数下车辆运行的广义合力与合力矩的有效作用范围，并将上层控制器的输出量与所推导的可行域进行比较。若稳定性控制器的输出超出了规划的可行域，引入重构系数对上层控制器进行保结构式的重构，同时引入输入衰减系数减小车辆的前轮转角，并降低纵向的行驶速度。从而根据列出的车辆动态平衡方程和由二自由度参考模型推导的系数调节原则，结合不同的驾驶员操作特性，使车辆在控制目标调整后实现轮胎力的优化再分配。由提出的方案使得车辆在低附着路面下的轮胎力分配问题存在可行解，在力和力矩的等式约束和轮胎

6、力的不等式约束下，通过二次规划算法得到制动力的分配结果。非线性车辆模型是典型的冗余控制系统，轮胎力组合成为控制力矩的方式是多样的，而在低摩擦系数的路面上，这一过程往往无法实现。本文提出的方案使得车辆在保持稳定运行的同时，能够进行轮胎力的再分配，使得车辆不偏离既定的行驶轨迹且与前车保持理想的跟踪距离。I最后，在Matlab/Simulink中搭建了车辆的轨迹跟踪模型V2R、队列保持模型V2V，结合车辆经典的七自由度模型共同组建成期望的控制目标，并验证在不同工况下反步法控制器的作用效果。表明了设计的控制器的有效性和针

7、对输入受约束系统所提出方案的可行性，进而说明本文对自动驾驶技术的发展具有一定的理论基础和工程意义。关键词：自动驾驶，输入受约束，反步法，可行域，控制分配IIResearchonvehiclestabilitycontrolconsideringinputconstraintsAbstractVehiclehasbroughtgreatconveniencetopeople'slives,anditsstabilityhasalwaysbeenthefocusofattention.Inthisprocess,th

8、eAdvancedDriverAssistantSystems(ADAS)hasbeendevelopingrapidly,andtheautomaticdrivingtechnologyisthemainstreamdirectionoftheautomotiveindustryinthefuture.Especiallywhenthefrictioncoefficie