智能电动汽车整车控制策略及中央控制系统研究

摘要

随着汽车现有技术的持续提高，汽车保有量逐年增加，汽车已变成大多数人出行的首选，但因此引发了一系列社会问题，它极大地影响了人们的出行效率，特别是多发的交通事故对人们的生命财产造成了严重的损失。电动汽车技术与智能控制技术相结合的智能电动汽车能够通过自动驾驶代替驾驶员对车辆进行控制，其快速响应和精确控制可有效避免车辆之间相撞的概率，降低交通事故的发生。同时，智能电动汽车以可再生的电能作为燃料，代替了不可再生的石油，有效的降低污染，减少能耗，可以避免传统车辆带来的诸多问题，具有明显的优势。本文针对电动汽车横纵向控制稳定性方面的问题进行了研究改进。基于智能电动汽车在道路行驶过程中，对横向和纵向运动实现智能控制的要求，通过自主设计的电动车，对电动汽车横纵向控制系统进行了研究。 本文分析了电动汽车的车辆控制策略，阐述了汽车控制器的结构和功能，且设计了电动汽车的分区控制策略。介绍了汽车控制器在电动汽车不同运行方式下的工作状态，分析了汽车驾驶系统的控制和车辆能量的优化。 通过试验，测定了电动车的结构及动力方面参数，建立了车辆二自由度运动微分方程和横向动力学模型，研究了横向控制策略；用模型预测控制算法，对电动汽车横向控制器进行了设计；以前轮转角、横向寻迹偏差、横摆角偏差及二者变化率作为系统的输入变量，系统得到反馈后，把横向寻迹偏差、横摆角偏差及二者变化率作为状态量显示出来。在设计智能电动汽车时，用步进电机取代传统方向盘控制车辆转向，用推杆电机控制油门开度和制动器制动力，通过对转向、油门和制动的控制，实现电动汽车自动转向的控制的功能。 为了提高电动汽车行驶的稳定性，基于车辆纵向动力学模型，结合模糊PID控制算法，设计了电动汽车油门和制动的控制策略。并分析了油门与制动器相互转换的控制策略，以及车辆控制系统的硬件和软件组成结构。 为验证横纵向控制策略的可靠性，对控制器进行LabVIEW仿真分析，在不同路段、不同速度的条件下观察控制器的控制能力及响应速度。仿真结果证明，智能电动汽车横纵向控制器均能较好的控制车辆以合适的速度进行寻迹和转向，当车辆行驶轨迹偏离时，控制器快速响应并控制车辆快速平稳地返回到原期望的轨迹上来。

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3.2基于MPC算法的横向控制策略

5.4自动转向系统设计

7.2工作展望

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1智能车研究

1.2.2控制算法研究

1.3本文主要研究内容

第2章 整车控制策略分析

2.1纯电动汽车整车控制系统分析

2.1.1 整车系统结构组成

2.1.2整车控制策略

2.1.3整车控制器

2.2分工控制策略

2.2.1充电模式

2.2.2启动模式

2.2.3下电模式

2.2.4起步模式

2.2.5行驶模式

2.2.6制动模式

2.2.7空挡模式

2.2.8故障模式

2.3整车驱动系统控制

2.4整车能量优化控制

2.5本章小结

第3章 横向控制模型及控制策略

3.1车辆动力学建模

3.2基于MPC算法的横向控制策略

3.2.1电动车横向控制的MPC分析

3.2.2模型预测设计

3.2.3目标优化及求解

3.3本章小结

第4章 纵向控制模型及其控制策略

4.1车辆纵向动力学模型

4.2纵向PID控制策略

4.2.1 PID控制原理

4.2.2 PID控制特点

4.2.3 PID控制算法

4.2.4 模糊PID控制器的设计

4.3油门控制算法

4.4制动控制算法

4.5油门与制动协调切换策略

4.6本章小结

第5章 整车自动控制系统设计

5.1上位机的介绍与选型

5.1.1上位机介绍

5.1.2上位机选型

5.2系统硬件设计

5.2.1系统硬件总体结构

5.2.2无线传输

5.2.3串口

5.3系统软件设计

5.3.1数据帧格式

5.3.2数据转化

5.4自动转向系统设计

5.4.1传感系统

5.4.2数据采集系统

5.4.3控制决策系统

5.4.4执行系统

5.5电动车道路性能测试

5.5.1最小转弯半径

5.5.2最高车速

5.5.3加速性能测试

5.5.4转向性能测试

5.6本章小结

第6章 控制系统仿真分析

6.1横向控制LabVIEW仿真

6.1.1低速仿真工况

6.1.2高速仿真工况

6.2纵向控制LabVIEW仿真

6.2.1定速巡航行驶工况仿真

6.2.2跟车行驶工况

6.3本章小结

第7章 结论与展望

7.1研究结论

7.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致 谢