毕业设计汽车主动避撞控制研究

毕业设计（论文）论文题目汽车主动避撞控制研究学生姓名学号所在院系专业班级机械设计制造及其自动化导师姓名职称完成日期摘要汽车主动避撞系统属于一种主动安全系统，其主要作用是辅助驾驶，保障乘车安全性。主要分为传感器、控制器、执行器三个部分。本文研究重点在于汽车主动避撞系统的控制算法的设计，并且利用仿真软件验证算法的有效性。本文主要研究内容如下：根据车辆在性能上的具体要求，确定车辆驱动系统结构。进行各部分结构的最优参数匹配。搭建整车动力学模型。根据汽车主动避撞的一些常见实际场景，设计各种应对控制策略。并且运用PID以及模糊控制，设计出所需的控制器算法。将Matlab和Simlink相结合，进行主动避撞系统的仿真。绘制出运行过程中的各项参数曲线图，并在Carsim中以动画的方式直观演示主动避撞系统在图示各种工况下的效果。关键词：主动避撞；辅助驾驶；算法设计；Carsim仿真AutomobileActiveAvoidanceControlStudyABSTRACTTheactiveavoidancesystemisakindofactivesafetysystem,whichmainlyACTSastheauxiliarydrivingsafetyandsafety.Itismainlydividedintothreeparts:sensors,controllersandactuators.Thispaperfocusesonthedesignofthecontrolalgorithmofthevehicle'sactiveavoidancesystem,andUSESthesimulationsoftwaretoverifythevalidityofthealgorithm.Themainresearchofthisarticleisasfollows:Determinethevehicle'sdrivingsystemstructureaccordingtothespecificrequirementsofvehicleperformance.Theoptimalparametersforthepartialstructurearematched.DesignactiveavoidancecontrolstrategiesandalgorithmsAccordingtosomecommonpracticalsituationsofcaravoidance,designvariouscopingstrategies.UsingPIDandfuzzycontrol,thecontrolleralgorithmisdesigned.UsingMatlabandSimlink,thesimulationofactiveavoidancesystemiscarriedout.Drawthegraphoftheparametersintherunningprocess,andshowtheeffectofactiveavoidancesysteminthevariousworkingconditionsinCarsim.Keywords:Activeavoidance；Auxiliarydriving；Algorithmicdesign；Carsimsimulation目录1绪论................................................11.1课题来源及研究意义.....................................11.2国内外发展现状.........................................11.3汽车主动避撞系统研究内容...............................22汽车主动避撞系统控制原理............................32.1汽车主动避撞系统基本结构...............................32.2汽车主动避撞系统工作原理...............................33汽车整车动力学模型..................................43.1动力学系统简介.........................................43.2整车动力学模型构建.....................................43.2.1车身模型.............................................43.2.2轮胎模型.............................................53.2.3悬架模型.............................................53.2.4转向系统模型.........................................63.2.5制动系统模型.........................................63.2.6传动系统模型.........................................63.2.7空气动力学模型.......................................73.3车辆逆动力学模型构建...................................73.3.1节气门和制动控制切换逻辑.............................73.3.2逆发动机模块.........................................74控制器算法设计.....................................104.1汽车主动避撞控制算法分析..............................104.2基于PID的下层控制器设计..............................104.3基于模糊控制的上层控制器设计..........................105汽车主动避撞系统仿真...............................135.1仿真平台操作..........................................135.2仿真平台搭建..........................................135.3汽车主动避撞系统仿真结果及分析........................146总结...............................................16参考文献..............................................17致谢..................................................18附录...................................错误!未定义书签。1绪论1.1课题来源及研究意义伴随我国经济社会的不断发展，汽车保有量快速增长。与快速增长的保有量相比道路交通系统的容量总是有限的，更大的汽车基数无可避免地导致了道路交通事故的频发。而在大部分交通事故中，驾驶员操作过失是最主要的原因。主要体现在驾驶员反应速度较慢，来不及采取有效措施避免悲剧的发生。被动安全系统虽然能减轻事故严重程度，但是应当探索研究能够从源头上避免灾害发生的主动安全系统。根据美国通用评价系统（GES）数据库中对交通事故类型统计表明，追尾碰撞事故占23%，前向碰撞事故占1%，单车碰撞事故占16%，其它碰撞事故占60%[1]。如图1-1所示。图1-1GES交通事故类型统计柱形图通过以上柱形图不难看出，有效避免各种类型碰撞对避免交通事故的发生起着至关重要的作用。主动避撞系统可以实时监测与障碍物的距离和相对速度，并同时通过算法判断是否处于安全状态。从而判断是否要对汽车运动进行制动控制。其与被动安全系统如安全带以及安全气囊等协同运作，可以最大程度上避免交通事故的发生，减轻交通事故严重程度。由此可见，提出汽车主动避撞系统的控制研究有着十分重大的现实意义，并且市场巨大，具备广阔的发展前景。1.2国内外发展现状汽车主动避撞系统是一种主动安全系统。它的研究开始于1960年前后，一些汽车工业较为发达的国家如德日美等国率先对其进行了大规模的研究开发，并取得了一定的阶段性成果。但是，相关科学及理论发展的相对滞后使得主动避撞的研究受到了限制。例如毫米波雷达这样的高性能传感器迟迟没有研发出来，在一定程度上使得该方面的研究无法取得更大的进展。到了20世纪90年代，毫米波雷达的出现以及器件的集成技术不断成熟，搭载具有高灵敏度的并且能够运用在实际生活中的主动避撞系统，开始运用在各种类型车辆上，并且取得了良好的效果。例如德国奔驰公司所开发研究的、能够实现避撞的报警系统，具有较高的实用性。美国和日本在这方面也进行了大规模的研究，并且在世界上也已经处于先进水平[2]。在国内外的发展现状方面，日本的Smartway智能公路计划提出,要在车辆上采用诸如车道保持、十字路口防撞、行人避让和车距保持等车辆主动安全技术。欧洲代理基金也支持纵向和侧向防碰撞技术研究。美国的IVI计划与通用汽车公司合作,发展自动碰撞预警/防止系统并开发相关的试验测试系统。我国清华大学汽车安全与节能国家重点实验室从2001年开始在汽车主动避撞方面展开研究,从早期的避撞报警研究到基于ITS的主动避撞关键技术的突破,目前已经出现可实用的成果,走在国内研究的前列[3]。汽车主动避撞系统未来的发展趋势大致如下。第一，算法日趋复杂化。现代信息技术的发展及其在主动避撞系统中的运用，可以使得主动避撞系统在更加复杂的路况以及交通状况下发挥作用。与此相对，必然需要一套能够照顾到各种复杂路况的、更加复杂的算法。第二，系统更加人性化。当前的主动避撞系统更多地侧重于安全性方面的考虑，对乘坐人员舒适度上的考虑欠佳。随着人们对乘车舒适性的要求越来越高，以及科学技术的进步，必然系统会在保证乘员安全的前提下，在人性化方面给予更多的考虑。1.3汽车主动避撞系统研究内容本文在查阅相关资料的前提下，对汽车主动避撞系统控制的研究内容主要有：1.搭建整车动力学模型根据车辆在性能上的各项要求，设计出车辆驱动系统结构。进行各部分结构的最优参数匹配。搭建整车动力学模型。2.设计主动避撞控制策略及算法根据汽车主动避撞的一些常见实际场景，设计各种应对控制策略。并且运用PID以及模糊控制，设计出所需的控制器算法。3.软件仿真将Matlab和Simlink相结合，进行主动避撞系统的仿真。绘制出运行过程中的主要参数曲线图，并在Carsim中以动画的方式直观演示主动避撞系统在常见工况下的效果。2汽车主动避撞系统控制原理2.1汽车主动避撞系统基本结构汽车主动避撞系统（Vehicleactivecollisionavoidancesystem）在总体结构上可以划分为传感器、控制器执行器三个部分。如图2-1所示。图2-1主动避撞系统的结构组成传感器的作用是感知行车信息，并将信息传递给控制器。控制器是汽车主动避撞系统的核心，它能够接收以及处理传感器所感知到的前方障碍信息，进行安全状态判断。然后以接收到的信息为基础，根据预先设计好的控制器算法，操纵和控制车辆的运行。这里的操纵主要是指控制包括驱动系统以及控制系统在内的两大系统。执行器负责接收并执行控制器的控制命令[4]。包括对驾驶员进行危险状态警报，在驾驶员未及时采取安全措施时，主动干预车辆运行，进行车辆的主动避撞。2.2汽车主动避撞系统工作原理汽车主动避撞系统已经在较大范围内得到了应用，并且取得了很好的实际效果。其原理就是在驾驶员未能及时采取安全措施的情况下，对车辆运行进行主动干预，避免因驾驶员疏忽导致汽车碰撞