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[硕士论文] 薛旭阳
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:汽车主动安全技术是预防车辆发生事故、构建人-车-路协同环境的有力技术手段,目前已经成为了国内汽车安全领域的主要研究课题之一。据相关事故统计数据的分析结果表明,只有6%事故死亡率与车辆本身的质量和技术问题有关,绝大多数事故死亡率则是由驾驶者安全意识不足导致的。汽车停车开门事故由于其发生频率较高、事故伤亡严重、责任判定困难等特点,成为政府、企业及广大专家学者高度关注的焦点。目前,国内外对此的研究尚不成熟。因此,对汽车停车开门事故预警系统的研究与开发是很有必要和具有应用前景的。本文以行人及电动车为研究对象,针对汽车停止状态开门这一特定工况展开讨论,对汽车停车开门事故预警系统的三大核心问题进行详细的分析和研究,即行人与两轮车的检测、单目视觉测距、车辆控制。研究目的在于设计并开发出一款汽车停车开门事故预警控制器,当行人或两轮车辆处于预设的危险区域内,系统能够较好地实现汽车停车开门事故预警功能。
  本文主要完成了如下研究工作:
  首先,对摄像头采集到的行人或两轮车图像进行感兴趣区域(ROI)的选定和图像处理操作。其中,图像处理操作包括图像灰度化、图像缩放、图像平滑、形态学处理以及阈值分割等,这是为后续的系统目标检测奠定基础。
  然后,基于多种序列图像目标检测方法对行人或两轮车进行检测。选择检测效果较好的一批图片,利用机器学习的方法,对行人和两轮电动车进行分类识别。
  接下来,利用Zhang Z标定算法对摄像头进行标定,获得镜头参数和畸变参数。同时,根据单目视觉的测距方法,建立系统测距模型,并通过多组实验对比系统测距距离与实测距离。实验表明:当行人距离车辆30m以内时,系统测距误差范围为3%~6%,在6m~18m之间较为稳定;当两轮电动车距离车辆30m以内时,系统测距误差范围为4%~10%,在7m~22m之间较为稳定。
  最后,进行预警系统硬、软件设计。
[硕士论文] 冯丹
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国城市生活垃圾产生量随着经济社会的发展、城市人口的增长以及人民生活水平的提高呈现出逐年上升的态势,对其随意放置或是处理不当而导致的环境污染问题层出不穷,严重影响了人们的生活质量以及城市市容市貌的建设与维护工作。如果不尽快采取行之有效的管理措施,大量的城市生活垃圾将会对生态环境造成更加恶劣的影响,甚至会阻碍经济发展。
  作为我国使用较为普遍的环卫车辆之一,厢式垃圾车在环境保护方面发挥着不小的作用。而厢式垃圾车的核心部件—举升机构,其优劣直接影响着厢式垃圾车的整车性能,其控制系统的地位更是举足轻重。但我国相关企业的生产规模和产量都很小,技术也较为落后,大部分是引进国外产品。所以,为了促进国产厢式垃圾车行业的发展壮大,开发出自动化程度更高的举升机构及其控制系统很有必要。
  首先,本文分析了常见举升机构类型的优缺点,选择油缸后推连杆组合式举升机构即D式(或称加伍德式)举升机构作为研究对象,介绍了其工作原理并确定了相关结构参数,利用相关理论知识建立了D式举升机构的数学模型,对其运动特性和主要部件的受力情况进行了计算分析。
  其次,本文利用动力学仿真分析软件SIMPACK进行了D式举升机构动力学模型的建模仿真,将动力学分析结果与举升机构举升性能的主要评价指标进行了比较,针对不合理之处进行了结构优化,使其满足设计要求。
  然后,本文对D式举升机构控制系统需要实现的功能进行了分析研究,制定了举升机构控制系统总体方案,选择了意法半导体公司推出的一款功耗低、性价比高且便于开发的32位互联网型和以太网型微控制器STM32F107VCT6为主控芯片,分模块进行了电路设计。
  接下来,本文同样分模块进行了控制系统的软件开发,编写了相关的程序控制代码并进行函数封装得到子程序,最后用主程序调用各个模块子程序的方式完成了整个软件结构的设计。
  最后,本文通过模拟实验来验证举升机构控制系统的设计是否达到应该具备的性能要求,实验结果表明:本文开发的控制系统达到了预期目标。
[硕士论文] 丁伟
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:伴随汽车行业的快速发展,汽车保有量的不断提升,汽车虽然给人们通行带来了极大的便利,但是同样带来了很多隐患。其中,追尾是较为常见的交通事故,给人们造成了不同程度的损失,而在追尾事故中,很大一部分是由于驾驶员未能在有效时间内完成避撞措施导致的,安全气囊等被动措施并不能从根源解决此类问题,因而,属于先进驾驶辅助系统中的主动避撞控制系统应运而生,致力于降低追尾等碰撞损失,主要分为纵向主动避撞和横向主动避撞,纵向主要表现为制动,横向主要表现为转向。
  本文以汽车各轮滑移率为控制目标,以纵向距离等状态量为评价指标设计了纵向主动避撞控制系统,基于模糊滑模算法设计了纵向控制器,通过纵向风险评估模型选择合适的制动时间,控制各轮滑移率保持在期望滑移率附近,使得汽车在紧急避撞过程中获得最大制动减速度,在最短制动距离内避撞;以汽车侧向位移为控制目标,以质心侧偏角等状态量为评价指标设计了横向避撞控制系统,基于预瞄PID算法设计了横向控制器,通过横向风险评估模型选择合适的转向时间,使得汽车在紧急避撞过程中跟踪期望避撞轨迹,沿最优路径避撞。并基于CarSim软件搭建了整车动力学仿真模型,基于MATLAB/Simulink软件搭建了控制器仿真模型,通过联合仿真验证了主动避撞控制系统的控制效果。
  在试验方面,以某款乘用车制动器零部件为底层设计了制动控制系统台架,电动缸和柱塞泵为主要增压源,电磁阀为主要控制方式;以某款乘用车转向器零部件为底层设计了转向控制系统台架,方向盘转角为主要控制目标。基于PXI和dSPACE硬件以及LabVIEW和Simulink软件搭建了硬件在环试验平台,以CAN总线为主要通信载体,对制动试验台架进行了制动压力调试及对转向试验台架进行了硬件在环试验。
  最后,通过联合仿真验证了纵向主动避撞控制系统的可行性,仿真结果表明纵向主动避撞控制系统能够在紧急情况下对汽车纵向制动距离有很好的控制效果;通过联合仿真及硬件在环试验验证了横向主动避撞控制器的可行性,试验结果表明横向避撞控制器不仅能在仿真中,而且在控制真实的执行器时同样能够出色地完成避撞任务。
[硕士论文] 郑小冬
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的进步带动了社会的发展,人们的物质生活水平也逐渐提高,大部分人都选择车辆作为出行的交通工具,在中国这一现象更加明显,汽车数量的增加导致交通事故也随之增加。当汽车在弯道行驶时会因为车速过高,驾驶员精力不集中以及驾驶员能够看到的前方距离有限等原因导致经常发生各种交通事故。调查结果表明,由于人为原因造成的交通事故占交通事故的92%,其中由驾驶员造成的占88.29%,目前国内外都在积极研发汽车的主被动安全技术,这将有利于减少交通事故的发生,同时也在积极推广智能交通、自动驾驶技术,以不断追求最安全、最舒适、最便捷的驾驶体验,这也将有利于缓解交通拥堵的现状。
  国外自动驾驶技术的研究起始于20世纪50年代,中国自动驾驶技术的研究相对来说起步较晚。目前国内外自动驾驶技术的研究大部分都停留在封闭环境下的高速公路或者特殊的城市道路的测试阶段,在开放环境下实现自动驾驶还有一定的距离。通过查阅国内外在自动驾驶方面所做的研究和取得的成果,特殊道路下自动驾驶技术的研究很少涉。对于中国道路类型繁多且情况复杂的情况,有必要针对特殊道路环境下的自动驾驶进行研究,因此本文主要通过将常见的道路组合成特殊道路,并针对特殊道路下智能汽车的自动驾驶技术进行研究。这对于在各种类型道路上实现智能汽车的自动驾驶具有重要意义。
  针对中国常见的道路类型进行了研究,根据实际道路设计规范设计特殊道路并在Carsim软件中建立了本文研究的特殊道路模型。针对智能汽车自动驾驶过程中涉及到的车道边界线识别、曲率半径的估算、安全车速的计算方法等关键技术做了详细的研究。
  本文设计了基于模型预测控制的横向控制器,实现对自动驾驶车辆的横向控制,通过Matlab/Simulink和Carsim联合仿真对横向控制系统进行仿真验证,结果表明横向控制器具有较好的控制性能。基于模糊控制设计了智能汽车的纵向控制系统,实现对自动驾驶车辆的纵向控制,通过Matlab/Simulink和Carsim联合仿真对纵向控制系统进行仿真验证,仿真结果表明设计的纵向控制器具有一定的可靠性。
  最后将设计的横向控制器、纵向控制器进行结合,通过优化控制器参数,构建智能汽车的综合控制系统,实现车辆的自动驾驶功能。并利用设计的特殊道路进行仿真试验,验证综合控制系统的控制性能及横向控制器与纵向控制器相互之间的协调性。
[硕士论文] 周恒夫
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着轨道车辆的高速化发展,对车体材料的要求越来越高。铝合金具有耐蚀性好、比强度高、拉伸性能好等特点,在轨道车辆车体上的应用得到世界各国的认可。由于铝合金的热导率大、热膨胀系数大等特点,焊接时极易产生焊接热裂纹,给轨道车辆生产带来了一定的困难。因此,分析铝合金焊件几何形状与焊接变形、残余应力应变的关系,对以减小焊接变形和残余应力为目的的高质量轨道车辆铝合金焊件结构设计的选择上具有一定的指导作用。
  本文在ABAQUS平台上,以5052铝合金管状焊件和板状焊件作为模拟对象,热-弹-塑性有限元数值分析理论为基础,考虑材料的热物理性能非线性和几何非线性,建立三维有限元模型。采用充分考虑温度场和应力变形场双向耦合作用的直接耦合法,考察焊接速度为10mm/s、11mm/s和热源功率为1540w、1820w下焊件焊后温度场、塑性应变场分布变化,得出基于直接耦合法探究的焊接工艺参数对铝合金焊件焊接影响的相关结论。在此基础上,选择热源功率为1820w和焊接速度为10mm/s,以直接耦合法展开对板状焊件和管状焊件的温度场、应力场和焊接变形的考察,分析不同几何形状焊件的焊接热输入和焊接热损失的平衡状态,就温度场和拘束度双方面作用对比不同几何形状的铝合金焊件的焊接变形量和残余应力的大小。通过以上相关的模拟,实现铝合金焊件不同几何形状对焊接变形和残余应力影响的研究探索。
  根据模拟研究得出:焊接速度在一定范围内的改变对铝合金板状焊件纵向残余应力的分布影响较小,而对横向残余应力分布影响较大,最大应力改变幅度为3MPa,改变量占比31%。热源功率在一定范围的改变使得焊接残余应力差异性在横向分布上表现明显,而在纵向分布上表现不明显,横向残余应力最大改变幅度为21MPa,改变量占比181%。同时焊件几何形状的不同,主要引起焊接时温度场和拘束度双方面的不同而产生对焊接变形和残余应力的影响。一方面几何形状的不同导致焊件的拘束度不一样,影响焊接时的塑性变形,进而影响残余应力。另一方面几何形状对焊件和外界的热交换的影响也较大,温度最大改变幅度在形成稳定熔池阶段,为191℃,最大改变占比在冷却阶段,为122%。相应的影响焊件在高温阶段时长,温度场的不同,影响焊件的材料性能,这样屈服强度处于低值的时间不等,因而发生最大塑性变形量也不一致,松弛了焊件整体内应力的量也不等,所以会影响焊后残余应力。模拟的两焊件最大变形量相差1.35mm,最大改变占比为540%。双方面影响的大小还得视具体的形状改变量来判定。
[硕士论文] 王宇谦
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:车辆在行驶过程中,受到路况及车况的影响,会产生复杂且多自由度的振动。这些振动对于车载精密仪器形成了宽频的六自由度激励。一些车载精密仪器诸如军工武器装备,医疗级别的显微镜或者光学设备等需要在极为稳定的工况下才能保持正常运作。为解决车况及路况激励对这些精密仪器的影响,本文将六自由度并联Gough-Stewart平台的结构用作减振平台的设计,以实现在较宽频域范围内的六自由度激励振动衰减。
  本文首先对Stewart六自由度并联机构进行运动学的性质的理论分析。先利用空间坐标变换的相关知识及旋转坐标转换原理对此机构进行空间坐标系的建模。然后针对并联机构在空间运动学的研究中的难点,即运动学求解尤其是运动学正解的求解方案进行详细的研究。为解决运动学正解求解计算中存在多个高度非线性公式而无法用普通数值计算方法求解的难点,本文提出了一种将多目标遗传算法与最小二乘原理结合的一种算法应用到运动学正解求解中。根据实际算例求解的情况来看,对于一组杆长值进行十次反复验证计算结果的均方根值误差均低于0.1;最小可达0.011。因此认为本文设计的运动学正解求解算法求解速度快且求解精度高,是一种有效可行的求解方法。本文同时也介绍了运动学研究中空间奇异位姿问题以及最大工作空间的影响因素,并利用Gosslin几何法对算例中平台的工作空间进行求解。
  其次,对空间六自由度并联机构动力学求解的方法进行了研究。牛顿欧拉法一直以来是求解并联机构中的常用方法,但此法求解冗余繁杂,难于运用到实际的算法设计中。本文提出将虚功原理运用到六自由度并联机构的动力学求解中,并设计了算例来验证此解法的正确性以及可行性。此种解法逻辑清晰且易于在计算机上实现。同时,针对本论文将并联机构用于隔振平台的设计的特殊性,本文利用拉格朗日原理建立了弹簧阻尼模型的隔振平台的动力学方程,作为此隔振平台的设计理论依据。
  然后,利用Solidworks和ADAMS建立了此隔振平台的虚拟样机模型。为验证建立的虚拟样机模型的准确性及可靠性,本文设计了运动学及动力学的仿真实验来对模型进行验证,以确保此虚拟样机的仿真性质结果对实际物理样机的性质设计具有准确的参考意义。
  为设计隔振平台的半主动隔振系统,确定主要研究重点为隔振系统性质参数的最优化设计。本文利用拉丁超立方抽样结合层次分析法分别进行单目标参数优化的尝试以及多目标参数全面优化设计。对仿真结果进行定量分析可以得出,最终的设计方案对于本文设计的虚拟样机在六个自由度方向的振动衰减程度分别[92.53%,87.47%,94.70%,87.61%,89.63%,61.2%]。
  本文对Stewart并联机构的运动学正解、动力学求解等理论难点提出相应的解算方案。同时设计虚拟样机模型,其仿真结果对物理样机的设计有着直观且精确的参考价值,使得在物理样机设计过程中能极大节省经费及实验时间。同时对隔振平台提出半主动隔振系统参数优化方案,此隔振平台的设计能使车载精密仪器的工作状况得到改善。
[硕士论文] 庞俊康
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在日益发展的科学技术和人类不断提高的生活条件下,能够负担起汽车的家庭也越来越多,在如此庞大的汽车保有量下,相应的交通事故也早已引起了相关部门和普通民众的关注。一般情况下,车辆的行驶状况取决于驾驶员的状态。为了减少事故发生率,事故率较低的自动驾驶汽车逐渐被带进了大众的视野,从而使交通压力、驾驶负荷和道路利用率得到明显的改善。
  从汽车诞生到现在为止,汽车工业发展的脚步从来没有停止过。特别是近些年得到了爆发式发展,汽车工业从近百年的燃油化到当下的大范围流行的电动化只用了短短的几年时间,后面随之而来的就是网联化和智能化。本文的研究重点是汽车的“四化”之一智能化,智能汽车,也称为无人驾驶汽车或自动驾驶汽车。本文的研究内容为综合信息感知和自动驾驶汽车规划与控制,综合信息感知包括车联网感知与车辆自身传感,智能汽车规划与控制包括路径规划、行为决策、运动规划和反馈控制,其中运动规划又包括轨迹规划和速度规划。本文重点研究为在综合信息感知条件下的轨迹规划与速度规划。文中分别对这两个规划进行了详细的研究。运动规划中,先建立S-L坐标系并根据图论搜索的方法结合cost设置来选取最优轨迹曲线,再根据得到的轨迹曲线规划当前轨迹的速度。最后根据反馈控制,对规划的轨迹和规划的速度进行跟踪控制,从而实现车辆的自动行驶。在综合信息感知这部分,分别介绍了基于车联网通讯避撞、基于车辆与路边设备通讯避障并提高道路利用率、多传感器感知融合定位三个方面,详细阐述了综合的概念。
  在研究过程中设计开发了模型车,以协助完成实验工作。对自动驾驶模型车样机进行结构设计、三维建模并加工制作。根据必要的指标对模型车的器件选型。随之,对模型车样机的电控部分和感知部分进行设计和选型,逐步完善整个自动驾驶模型车样机平台。最后是软件部分的设计,这个部分包括操作系统的选择、剪裁和应用,以及在操作系统下应用程序的设计和编写。模型车实验部分,进行了一系列的模型车平台测试工作,保证了车辆能够正常行驶在路面上。针对基于无线通讯的直行和转弯场景,对模型车进行避障实验设计,以此验证模型车的算法和测试模型车执行驱动部分的性能。
[硕士论文] 安航
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,无人汽车发展如火如荼,其对于汽车行业甚至是交通运输业有着深远影响。但无人车应用于现实生活还有很长一段距离,尤其是在交叉路口交通场景中。在交通信号灯,车辆等复杂环境下如何安全行驶还是一个亟待解决的问题。所以,智能车在交叉口交通灯和车辆的快速准确识别检测具有重大意义和良好的应用发展前景。
  通过大量的图片采集,发现交通信号灯都在图片的上半部分内,而前方车辆均在图片下半部分。同时,为了防止过滤掉感兴趣区域,选取了一定的阂值对图像分割及分别处理。
  本文通过对不同彩色空间分析说明对比其优缺点,对交通灯采用基于YCbCr色彩空间阈值分割法方法,并通过统计交通灯灰度直方图决定红黄绿颜色Cb、Cr通道阂值,同时为了防止过滤掉感兴趣区域在通道阈值选定后设置了误差。通过自适应阈值法对交通灯二值化处理,之后通过基本的开闭运算对二值化的图像进行处理,以便使图像更加平滑,图像块更有规则,并标注了连通区区域。统计不同距离交通信号灯面积,确定一个范围,在此范围外的可认为不是感兴趣区域。之后对开闭运算后的二值图像进行面积过滤处理消除掉部分区域,然后通过交通灯特有属性,经过圆形度过滤和长宽比特性过滤识别出感兴趣区域,并最后交通灯被黑色矩形框包围之一特性判断识别出的交通灯是都在该矩形框内定位出交通信号灯。
  对车辆感兴趣区域采用车底阴影有较低的灰度特性,故采用RGB颜色空间直接进行处理。对比分析了灰度化及二值化通用的方法,通过实验最终选择加权平均法和两次大津阈值法来初步处理图像。之后利用膨胀、腐蚀等基本形态学方法对二值化后的图像进行进一步处理过滤掉非感兴趣区域:然后对车底阴影面积进行统计并排除面积过大或过小的区域;利用车底阴影具有矩形度特征进一步过滤图片。之后根据车底阴影与车辆的位置属性初步确定车辆感兴趣区域,最后利用车辆具有对称性这一特征对车辆实现准确的定位。
  经过大量试验结果表明,本文使用的算法可以满足智能车在交叉路口识别出交通灯和前方车辆
[硕士论文] 胡聪聪
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽车保有量的快速增长,道路交通拥堵问题越发严重,汽车频繁制动、紧急制动情况日益增多,摩擦制动器存在制动延迟及热衰退等问题已难以满足制动需求,而电磁制动具有响应迅速、无接触制动、控制简单等优点,已被广泛应用于商用车的辅助制动。目前,以改善制动器制动性能为目标的电磁-摩擦集成制动器已成为车辆制动领域的一个研究热点。通过对电磁-摩擦集成制动系统协调控制研究,实现集成制动器的防抱死制动功能,以提高车辆制动安全性能。
  本文结合国家重点研发计划项目(2016YFB0100905)和重庆市研究生科研创新项目(CYS15190),在综合国内外对电磁-摩擦集成制动器研究的基础上,设计了一种新型复合盘式电磁-摩擦集成制动器,结合分层协调控制和模糊逻辑控制理论设计集成制动器控制器,并提出电磁-摩擦集成制动器协调控制策略,通过协调电磁制动与摩擦制动实现防抱死制动功能,为电磁-摩擦集成制动器的控制研究奠定理论基础。主要研究内容如下:
  1)新型电磁-摩擦集成制动器结构设计与性能分析。针对目前电磁,摩擦集成制动器结构上存在的不足,设计了一种新型复合盘式电磁-摩擦集成制动器,采用Ansoft Maxwell电磁分析软件对集成制动器进行模拟仿真,并对集成制动器的性能进行了研究,为电磁-摩擦集成制动器的控制研究提供理论基础;
  2)电磁-摩擦集成制动器控制特性研究。为实现电磁-摩擦集成制动器的精确控制,分别建立了电磁制动和摩擦制动动力学模型,并采用模糊控制理论,对电磁-摩擦集成制动器进行控制特性研究,设计了电磁制动控制器和摩擦制动控制器,并提出协调控制策略;
  3)基于电磁-摩擦集成制动的整车制动性能研究。通过路面识别模型,获得最佳滑移率,估算防抱死制动力矩,实现电磁-摩擦集成制动器防抱死制动过程中的制动力分配和协调控制;基于CarSim和Simulink联合整车模型对文中所设计的控制器和电磁-摩擦集成制动器协调控制策略进行仿真,提高了制动安全性能。
[硕士论文] 柯涛
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着多传感器信息融合、现代控制理论、人工智能以及大规模集成电路等先进技术的飞速发展,以提升车辆自主行驶能力和行驶安全性为目的的汽车智能化已成为车辆工程领域中的研究热点。通过对动态复杂环境下智能车辆环境感知、换道决策以及换道轨迹规划深入研究,可以充分挖掘智能车辆“类人”特性,提高车辆智能化程度和安全性。
  本文结合国家自然科学基金项目(51278514)和国家重点研发计划项目“智能电动汽车的感知、决策与控制关键基础问题研究”(2016YFB0100905)对复杂道路场景下车道线和前方车辆检测方法、换道决策以及换道轨迹规划进行研究。本文的研究内容主要包括:
  (1)基于机器视觉的道路图像处理及车道线、前方车辆检测研究。在摄像机成像模型的基础上,应用数字图像处理相关知识进行道路图像预处理,针对边缘检测过程中出现弱边缘漏检现象,提出基于梯度幅值和边缘方向的边缘点检测算法,在此基础上结合车道线几何特征约束,采用双向扫描道路图像像素点的方法完成车道线特征点筛选和提取,并运用最小二乘法实现车道特征点拟合;基于车辆尾部图像HOG特征和支持向量机训练前方车辆识别模型,采用可变窗口扫描道路图像完成前方车辆检测。
  (2)基于数据挖掘的车辆换道决策模型研究。针对换道场景复杂、影响因素众多以及对换道模型准确度要求提高等问题,分析了车辆换道行为特性,在智能车辆换道决策模型框架下,以下一代仿真(NGSIM)行驶轨迹数据为驱动,提取换道轨迹数据,挖掘换道起始点处各影响因素参数以重建换道决策场景,建立多种换道场景下换道决策规则,在此基础上建立基于贝叶斯理论的换道决策模型。
  (3)基于多性能目标协同优化的车辆换道轨迹规划方法研究。基于灰色预测理论和车辆运动学分析换道车辆与同车道前车、目标车道后车临界碰撞点,确立道路环境下安全换道边界,建立车辆安全换道域;在安全换道域内,采用多项式轨迹模型表征换道过程动态特性,生成换道轨迹簇;以车辆换道过程中安全性、舒适性和经济性多项性能目标综合建立轨迹评价函数,规划最优换道轨迹。
[硕士论文] 张瑞栋
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代控制理论、多传感信息融合、大规模集成电路等技术的快速发展,以提高车辆主动安全性、操纵稳定性以及舒适性为目标的电子控制系统已成为当前车辆工程研究领域的热点。针对传统重型商用车被动横向稳定杆扭转刚度固定、无法应对频繁多变的侧倾状况,通过对融合主动控制的新型重型商用车横向稳定系统进行设计,对作用机理和控制特性进行研究,可以在充分发挥被动横向稳定杆特性的基础上,额外提供抗侧倾力矩,提升车辆在极端转向工况下的操纵稳定性以及正常路面行驶时驾乘人员的乘坐舒适性。
  本文结合国家重点研发计划项目(2016YFB0100905)研究内容,在综合国内外相关研究现状的基础上,对基于新型主动横向稳定杆的重型商用车防侧倾控制系统进行了总体设计。提出一种应用于重型商用车上的新型主动横向稳定杆,根据重型车辆不同行驶工况对车身侧倾角进行实时调节,以满足对重型商用车行驶过程中对车辆操纵稳定性与平顺性的要求。主要工作内容如下:
  (1)新型主动横向稳定杆的设计与分析。通过对基于被动横向稳定杆的力学分析,探讨影响稳定杆刚度的因素,对车辆侧倾过程所需的稳定杆侧倾力矩进行计算,并结合主要影响因素设计新型重型商用车主动横向稳定杆。对作动器及装配方案进行设计并对整体装配方案进行构思,随后对横向稳定杆及作动装置外特性进行表达。仿真结果显示所设计主动式横向稳定杆可以在伺服电机驱动下改变自身结构刚度。
  (2)重型商用车侧倾稳定性研究。通过对车辆侧倾动力学模型以及影响车身侧倾的因素进行分析,确定主要影响因素,分别对简化的刚性悬架与柔性悬架进行侧倾力学分析,得到两种情况下达到侧翻时对应的极限侧向加速度,并确立车辆行驶过程的侧向稳定性评价指标。随后根据被动悬架在不同侧向加速度下侧倾角的变化曲线以及驾乘人员对侧翻危险的感知,得到理想状态下车辆侧向加速度与车身姿态的对应关系并对其进行数学方程拟合。
  (3)主动横向稳定杆系统控制策略与控制方法研究。建立包含主动横向稳定杆的整车八自由度动力学模型与状态空间方程,根据车身侧向加速度与车身侧倾角关系制定不同工况下的系统控制逻辑,运用线性二次型最优控制器控制抗侧倾力矩,对车辆的侧倾工况进行仿真分析,利用遗传算法工具箱对线性二次型最优控制器的权重矩阵参数进行优化。在不同工况下对所设计系统进行验证,结果显示安装主动式横向稳定杆时各侧翻指标均有一定程度的下降,该系统能够较好的改善重型商用车侧倾稳定性。
[硕士论文] 张可启
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着信息通信、互联网、大数据、云计算及人工智能等新技术在汽车领域广泛应用,汽车正由人工操控的机械产品加速向智能化系统控制的智能产品转变,智能汽车已成为汽车行业发展的战略方向。线控转向(Steer-By-Wire,SBW)系统作为实现智能汽车转向的最佳方案也成为车辆工程领域中的一个研究热点。通过对线控转向系统理想变角传动比特性以及极限工况下主动转向控制策略进行研究,可以充分发挥线控转向系统的优势,提高车辆驾驶舒适性和主动安全性,实现驾驶员更加安全、便捷操纵车辆转向。
  本文结合重庆市科委科研项目“车辆横向驾驶行为险态识别及人车交互主动安全控制研究”(项目编号:cstc2014jcyjA6007),对线控转向系统变角传动比特性以及极限工况下车辆主动转向控制策略进行研究,主要研究内容包括:
  (1)基于线控转向系统的CarSim车辆改进模型。根据线控转向系统的结构和工作原理,通过对其机械连接结构进行合理的简化,建立线控转向系统动力学模型。然后在CarSim原车辆模型的基础上,使用搭建的线控转向系统动力学模型来取代其原有的无助力机械式齿轮齿条转向器,对CarSim整车模型进行改进,建立装备线控转向系统的改进整车模型,为后续研究打下基础。
  (2)线控转向系统变角传动比特性仿真分析。基于线控转向系统角传动比可自由设计的优势,在横摆角速度增益不变和侧向加速度增益不变理想变角传动比设计方案的基础上,引入模糊控制理论,提出了一种基于模糊控制的变角传动比设计方案,利用模糊控制器,根据车辆理想横摆角速度和车速,动态调整权重系数,将横摆加速度增益不变和侧向加速度增益不变下的理想传动比进行合理融合,以此设计更有利于驾驶员控制车辆车辆转向行驶稳定性的理想变角传动比曲线。
  (3)基于线控转向系统的汽车主动转向控制策略研究。针对极限工况下车辆易发生失稳状况,设计模糊主动转向控制器来使车辆跟踪理想横摆角速度。针对模糊控制器过于依赖主观的专家经验来确定模糊规则的缺点,以车辆理想横摆角速度、质心侧偏角与实际横摆角速度、质心侧偏角的误差最小为目标,设计适应度函数,使用遗传优化算法对模糊控制器模糊规则进行了优化。
[硕士论文] 喻杨
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:跨座式单轨交通制式具有适应性强、爬坡能力强、运行噪声较低、转弯半径小、建造周期短和造价成本低等特点,越来越受到各中小城市的青睐。研究表明,跨座式单轨交通给环境带来的影响主要有噪声污染和粉尘污染等。本文从气动声学理论出发,结合计算流体力学软件STAR-CCM+与声学仿真软件LMS Virtual.Lab协同仿真的方法对重庆轨道交通三号线跨座式单轨列车的气动噪声特性进行数值模拟分析。主要研究内容及成果如下:
  1.跨座式单轨列车气动噪声理论研究。基于气动声学理论,分析跨座式单轨列车气动噪声的产生机理,揭示单轨列车气动噪声声源类型为偶极子源,偶极子声源是由列车表面压力的脉动所产生。
  2.跨座式单轨列车外流场数值仿真分析。建立跨座式单轨列车三维模型,应用k-Epsilon湍流模型进行外流场稳态分析,将稳态分析结果作为瞬态分析的初始条件,采用大涡模拟开展列车瞬态外流场分析。稳态分析结果显示,在顶部空调、贯通道外部、转向架室及电气室附近的区域流场复杂,产生了明显的涡流及回流等现象,流动复杂的空气使得列车表面上的压力随时间而不断变化形成脉动压力。瞬态分析获取了列车表面的时域压力脉动信息。
  3.跨座式单轨列车气动噪声源分布分析。将瞬态分析获取的表面压力脉动时域数据进行预处理,经傅里叶变换得到频域车体、转向架及列车表面的声源分布。研究结果表明,声源在列车车体顶部空调、贯通道外部、车底转向架及转向架室、电气室和稳定轮轮罩等处的声压强度相对较大。
  4.跨座式单轨列车气动噪声辐射仿真分析。采用声学间接边界元法,以分布在列车表面的声源为边界条件,分别计算跨座式单轨列车车体、转向架及列车的远场噪声辐射,并进行频谱分析。计算结果表明,A计权声压级下,0~1000Hz内跨座式单轨列车及其车体的气动噪声均是宽频噪声;非动力转向架气动噪声在830Hz和990Hz处产生峰值,而动力转向架在715Hz和760Hz处产生峰值。
  5.对影响跨座式单轨列车气动噪声若干因素的分析。对国内存在的两种跨座式单轨列车及不同间距转向架的表面噪声源进行研究,对比分析造型特征差异对噪声源的影响及转向架间距对气动噪声源的影响。分析结果表明,头车风窗、车顶空调、贯通道形式及稳定轮轮罩等对流场和气动噪声的分布具有较大的影响,并提出相应降噪措施;非动力转向架及动力转向架的间距对流场具有一定影响,但对表面声源的分布影响较小。
[硕士论文] 刘玢滟
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在城市道路中,道路交叉口数量多、构造复杂,发生在道路交叉口的交通安全事故占有很大比例,对道路交叉口交通安全问题的研究是当今交通安全问题研究中的重点和难点,而智能网联汽车是解决交通安全问题的有效途径之一。V2X技术作为智能网联汽车的一种关键技术,具有重要的研究意义和实用价值。
  本文针对智能交通V2X系统、基于V2X技术的交通应用算法——地图匹配算法和道路交叉口车-车避撞预警算法进行了研究。主要研究工作及成果如下:
  (1)对智能交通V2X系统进行了研究。着重分析了V2X系统的系统构成及其三大组成部分路侧系统、车载系统和数据管理系统所涉及的关键技术。
  (2)提出了一种基于V2I的地图匹配算法。根据局部路网特征,确定了路网划分规则,进行了交通数据采集、解析与封装,研究了候选路段集的数据接收规律和候选路段编号等;将V2I获取的路段数据作为候选路段集,分析了权重法或D-S证据理论在匹配路段计算中的应用方式;采用Java编写地图匹配测试程序并进行实车试验,试验结果证实该算法具备较高的匹配准确性,在时间效率上较传统地图匹配算法有了一定提升。
  (3)提出了一种基于V2X的道路交叉口车-车避撞预警算法。分析了道路交叉口交通冲突问题和交通数据采集方法,通过筛选车辆、确定车辆行驶路线、建立车辆轨迹模型和分析冲突区域,提出了一种基于时间差的冲突检测改进算法;基于车辆实时定位技术,提出了矩形碰撞检测计算和圆形碰撞检测计算的车-车碰撞检测计算方法;根据道路交叉口通行优先级,制定了避撞预警信息发布策略。
  (4)根据相关实车测试方案资料设计了仿真实验方案,采用Python编写了仿真器程序,分别对当前研究中只考虑到达时间差的冲突检测算法和本研究中提出的既考虑到达时间差又考虑前车离开与后车到达冲突区域的时间差的冲突检测改进算法等两种冲突检测算法进行了有效性仿真实验分析。仿真实验发现,改进算法能基本避免漏报情况的发生,在预测正确率上比当前算法有了较大提升。
[硕士论文] 金铎
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:从发动机热平衡和能量品质角度来看,燃料在发动机汽缸内燃烧产生的总热量中,其中废气带走的能量占30%~40%,废气中蕴含的能量利用潜力非常高。利用废气能量进行废气涡轮发电,是一种汽车节能减排的新途径。
  为了设计搭建柴油机废气涡轮发电系统,首先针对某型自然吸气式柴油机,开展动力涡轮的匹配研究,确定选择J56G-2型动力涡轮。其次,通过进行柴油机-动力涡轮联合工况试验,选择高速永磁发电机,确定以直齿圆柱齿轮减速传动机构的型式,计算减速传动机构的参数尺寸,完成柴油机废气涡轮发电系统各组成部分的设计选型。同时,确定了动力涡轮、齿轮和轴承的润滑方式,设计动力涡轮的润滑油路,采用油池润滑方式对齿轮进行润滑,选择润滑脂来对轴承进行润滑。
  最后,依据搭建柴油机废气涡轮发电系统进行试验,并根据试验数据进行研究分析,研究了不同工况下发电机输出功率的变化规律,同时从燃油消耗率、燃油消耗量和系统功率增长率的角度来分析柴油机原机与柴油机废气涡轮发电系统之间经济性的对比。最后针对柴油机废气涡轮发电系统,研究系统对排气能量的回收利用效率。
  试验发现:在(1800r/min,30%负荷)工况点,发电机开始工作对外输出功率和电压,并且随着柴油机转速和负荷的增加,发电机输出功率也呈线性增大。在低转速低负荷工况时,发电机输出功率较低,最低值为2.90W;高转速高负荷工况时,发电机输出功率较高,最高值达到776.76W。
  在试验工况下,系统功率增长率九随着柴油机负荷和转速的增加基本呈线性增长的趋势。并在2200r/min~2400r/min转速时,系统功率增长率λ的增速达到最大。同时,在相同试验工况下,涡轮发电系统的燃油消耗率比柴油机原机试验时的燃油消耗率都要低,在30%负荷工况时,燃油消耗率平均减少31.02%,尤其是转速为2400r/min时,其降幅达到了最大值36.60%;在(2600m/min、60%负荷)工况点时,系统回收的排气净能量最大,为769.00W。
  在相同转速下,柴油机废气涡轮发电系统总能效率随着负荷的增加基本呈先增长后降低的趋势;在转速为1800r/min、2000r/min和2600r/min时,负荷从30%到60%,总能效率先增加再降低,在中间负荷区域达到最大值。然而在柴油机转速为2200r/min时,总能效率随着柴油机负荷的增大而逐渐增加;转速为2400r/min时,总能效率呈现与转速为2200r/min时完全相反的趋势,总能效率随负荷的增加而不断减小。而在相同负荷下,转速从1800r/min到2400r/min时,总能效率随转速的增加而增大,并在2400r/min时总能效率达到峰值;转速高于2400r/min时,总能效率随转速开始下降,因此,相同负荷下,总能效率呈先增大再降低的变化趋势。总体来说,试验工况下,柴油机废气涡轮发电系统总能效率在2400r/min时达到最优,总能效率的平均值为5.845%,最大值为6.913%。
[硕士论文] 杨明森
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:车辆碰撞安全性能关系到每一位驾乘人员的生命安危,面对日益严峻的道路交通环境,当车辆发生交通事故并且碰撞不可避免时,良好的耐撞性是保障乘员生命安全的最后一道防线,因此车辆的碰撞安全性能研究始终是车辆研发过程中的重要内容。本文在总结国内外车辆碰撞安全技术的基础上,以某国产轿车的车身为研究对象,采用多目标优化和结构优化的方法,进行了车身碰撞安全优化研究。本文主要的研究内容如下:
  (1)车身有限元建模与碰撞仿真分析。基于有限元碰撞仿真理论,运用Hypermesh软件对某轿车车身CAD模型进行几何清理,网格划分,材料属性设置和控制参数设置等前处理工作,建立了车身有限元模型。使用LS-DYNA求解器进行了50km/h速度下的车身正面100%刚性墙碰撞仿真,验证了有限元模型的有效性,针对车身变形情况,关键零件变形型式,车辆前端碰撞力,B柱速度及加速度,前围板侵入量以及车身模态频率进行了分析,以此作为车身碰撞安全优化研究的基础。
  (2)基于6σ可靠性准则的车身碰撞安全多目标优化。选取车身前部9个关键零件厚度作为车身碰撞安全优化的设计变量;考虑车辆轻量化和舒适性的要求,以车身质量与车身一阶扭转模态频率为约束条件;选择刚性墙反力均方根植,吸能比,前围板侵入量,B柱加速度峰值为优化目标;为了减小设计变量扰动对优化结果的影响,采用6σ可靠性设计准则,建立车身碰撞安全多目标可靠性优化模型。运用最优拉丁超立方实验设计方法,结合径向基(RBF)神经网络构建近似模型,通过改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车身进行了碰撞安全多目标优化。经优化后,车身碰撞安全性能得到了提高,同时优化方案的质量水平也满足可靠性要求。
  (3)面向碰撞安全的前纵梁结构优化。通过建立前纵梁简化有限元模型,对变形量小、刚度要求大的前纵梁后端进行了拓扑优化;针对碰撞过程中,横向变形位移大、溃缩不完全的前纵梁中段,采用预变形的方法,开设了诱导槽。经过有限元仿真验证,前纵梁结构优化之后,对比原有关键零件厚度优化方案,车身碰撞安全性能得到了进一步的提升。最终形成的优化方案与车身初始状态的有限元碰撞仿真结果相比,整车质量没有变化,车身一阶扭转模态频率提高了0.56%,刚性墙碰撞反力均方根植下降了10.8%,吸能比提高了3.7%,前围板侵入量减少了5.8%,B柱加速度下降了18.2%,优化方案显著地提高了车辆碰撞安全性能。
[硕士论文] 卢贺
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:汽车工业经过近百年的发展,已经越来越融入到人们的生活当中,同时交通事故的频发给人们的生命财产安全带来了极大的威胁,汽车的安全行驶成为了一个亟待解决的问题。随着科技的进步发展,智能驾驶越来越成为一个重要的发展领域,基于视觉的前方车辆检测成为了这一领域的研究重点,目的是通过检测前方车辆保障车辆通过的安全性。
  本文提出了利用车辆的边缘特征和阴影特征结合的方法完成对前方车辆的检测,通过摄像机参数的标定以及不同维度坐标关系的转换获得前后车辆的距离,最后根据车辆安全行驶距离制定防撞预警策略。
  本文在分析研究了国内外的车辆检测算法和技术的基础上,提出了相应的车辆检测方法,本文的主要研究内容如下:
  (1)图像的预处理。对一幅完整的图像检测消耗时间长,为了提高检测效率,选取图像下方3/5的有效区域进行处理。选用与人眼视觉最为接近的加权平均法对有效区域进行灰度化处理;最后采用中值滤波的方式滤除采集的数据图像中的随机噪声。
  (2)利用了一种基于车辆边缘特征识别车辆的方法。该方法考虑了道路上车辆尾部的不同形状特征,通过Prewitt边缘检测算子提取车辆的车尾轮廓,利用车辆尾部边缘的对称性以及长度特征确定可能存在车辆的区域。
  (3)基于车辆阴影特征的车辆验证。两次运用大津阈值算法能够有效的分割出车辆阴影,然后利用膨胀、腐蚀等形态学处理方法,得出车辆候选区域。利用车辆阴影形状特征以及与车辆的位置关系进行车辆的精确验证。
  (4)根据单目视觉的测距原理,建立起不同维度坐标系之间的相互转换关系,然后对摄像机内外参数进行标定。通过坐标关系的转换以及摄像机标定的参数,结合摄像机模型推导的测距公式,完成自车与前车的距离测量,最后制定预警策略。
  通过大量的实验验证,能够有效的识别前方车辆,并且通过测距实验得到了较好的数据结果,说明了本文的测距方法能够满足预警要求,并且具有一定的实时性和稳定性。
[硕士论文] 王高爽
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:连杆是发动机中的关键构件之一。连杆在工作过程中受到各种复杂周期性变化的载荷、热应力及振动影响,使得连杆在工作过程中极易发生功能失效,进而引起整个发动机的工作失效,因而对曲柄连杆机构进行动力学分析,并在此基础上对连杆构件进行可靠性分析和优化就显得尤为重要。
  本文以宗申NC450型摩托车发动机连杆为研究对象,结合系统动力学、有限元分析、可靠性理论等相关基础学科,应用有限元分析软件、多平台集成优化设计及MATLAB软件对其进行动力学分析、随机有限元模态分析,并设计了集成仿真实验,获得了随机设计变量输入的模态频率响应值,进而完成了连杆频率可靠性分析及优化,总结出了频率可靠性分析及优化的方法。本文研究内容如下:
  (1)由运动模型图和力学模型,结合运动学和动力学知识,运用数学分析软件MATLAB求得了曲柄连杆机构在工作过程中相关组件的参数变化图,求得连杆大头、小头所受的力的变化曲线,确定了连杆有限元分析的位移和载荷约束条件。
  (2)建立了适用于ANSYS的连杆静力有限元分析模型,并完成了连杆静强度有限元分析,得到了连杆在最大拉伸和压缩工况下的应力云图,确定了连杆工作中产生应力集中的危险节点,求得了两种工况下的应力极值,完成了连杆静强度校核。
  (3)运用ANSYS软件,完成了连杆约束模态分析,利用多平台集成优化软件ISIGHT集成ANSYS设计联合仿真实验,得到了随机设计变量输入下的连杆最低阶固有频率的响应值;设计DOE实验对样本对进行了主效应分析、Pareto图分析,筛选出对响应较为敏感的设计变量。
  (4)应用MATLAB软件,编制相应的BP神经网络程序,对筛选出的样本对进行非线性神经网络回归分析,求得了满足设计精度的权值和阈值,拟合了连杆的频率失效功能函数;结合均值一次二阶矩法,对连杆的频率可靠性进行了分析。
  (5)分别以连杆的可靠性和最低阶固有频率为目标,运用近似代理模型的思想,采用RBF神经网络代理模型结合ASA算法(自适应模拟退火算法)对连杆的可靠性和设计变量参数进行优化,经优化,连杆的最低阶固有频率提升了32.6%,降低了连杆工作时落入共振频率区域的可能性。相应地,连杆可靠度指标β相对提升了5.2%。
[硕士论文] 汪文珺
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:车辆NVH性能越来越受到生产商和消费者的重视,车门作为重要的覆盖件与车身一起提供了密闭的乘坐空间。对白车门结构进行优化设计可以提高车门性能、降低车内噪声。针对某MPV白车门NVH隔音量在中低频噪声存在的问题,本文主要进行如下工作:
  (1)根据白车门CATIA三维结构模型,在Hypermesh中建立有限元模型,确定各板件的连接关系(包括翻边、焊点、胶粘、螺栓、门锁、和车窗玻璃连接)和玻璃的模拟;使用Optistruct对建立的有限元模型进行自由模态、车门窗框两种受力工况、两种下沉工况、四种扭转工况下刚度和强度的有限元分析。根据行业标准针对分析结果对白车门各项性能进行分析和评价,得到的性能参数为下一步的优化设计提供参考标准。
  (2)根据声学有限元方法和声振耦合理论推导矩形板声传递损失表达式;同时根据理论计算,对比数值仿真Virtual.Lab FEM-AML方法,和实验测试采用混响时间法(国家标准GB/T19889.3-2005)得出模型准确性结论。比较PML技术和AML技术后,在Virtual.lab中模拟混响室和消声室,对白车门进行强耦合隔音量实验;得到100Hz-1000Hz范围内隔音量曲线,找到隔音量低谷的300Hz-400Hz频率区间和板件,得到该处的声压云图、位移振动幅值云图和位移曲线。
  (3)对比分析几种试验设计技术和近似模型方法,对白车门板件:内外板和中上加强板Property_0.65、右下导槽Property_1.0、窗框上部Property_0.8、窗框内右和右下垫护Property_1.8、玻璃glass4.3、内板外加厚Property_1.3等六块板件的厚度参数作为设计因子,在输入空间内采用优化拉丁方试验设计采集样本数据,得到50组水平的试验设计矩阵。以白车门一阶弯曲模态、窗框前端刚度、窗框中部刚度、自重下沉刚度、750N工况下沉刚度、扭转工况4强度、白车门质量、300Hz-400Hz范围内隔音量均方根作为试验设计的响应,在软件Hypermesh、Optistruct、Virtual.lab13.6中计算输出。最后在软件isight中利用多项式响应面模型建立关于六因子的近似模型,并对近似模型进行误差精度分析。分析结果表明近似模型的拟合精度较高,可以作为有限元模型的替代模型进行优化计算。
  (4)根据建立的响应面近似模型,在六个因子的设讣范围内使用优化拉丁方再次进行200次采样,使用试验设计后处理工具,得到主效应图、帕累托图、交互效应图,找到因子之间的相互关系以及对输出响应的比重大小,将六个输入x1、x2、x3、x4、x5、x6作为优化变量,以300Hz-400Hz范围内白车门隔音量均方根为优化目标,以一阶弯曲模态f1≥32Hz、窗框前端刚度wf≤6mm、窗框中部刚度wm≤6mm、自重下沉刚度sink1≤3.5mm、750N工况下沉刚度sink2≤4mm、白车门质量m≤0.028ton、扭转工况4强度tor4≤235MPa作为约束条件,使用多岛遗传算法对板件厚度进行优化设计。优化结果表明,在白车门质量略有增加的情况下,300Hz-400Hz范围内隔音量均方根提升了9.81dBA,其他约束结果都在范围之内,满足了工程要求。将优化的输入参数带入到模型中计算真实值,并和响应面模型的近似值做比较,同时证明了响应面模型和优化结果的有效性。
[硕士论文] 黄勇刚
机械工程车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着中国经济的快速发展,汽车保有量迅速增长,致使交通安全事故日益增多,汽车尾气污染问题也越发严重。据相关部门对近年来交通安全事故的统计数据分析发现,繁杂的驾驶操作和复杂的驾驶环境是导致交通安全事故的关键原因。自动驾驶技术是将“人”从驾驶任务中分离出来,从而有效地避免了因驾驶员的判断错误或者操作失误引起的交通安全事故。因此,如何在复杂的行车环境中成功规划出一条可通行的路径,以及如何控制车辆对规划的路径平稳而准确的跟踪具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。
  本文的主要研究工作有:
  路径规划选择为人工势场法。采用了MATLAB/GUIDE软件编写了可视化界面,通过可视化界面为传统人工势场法输入多个障碍物的位置信息。为了使本用于低速机器人的传统人工势场法适用于车辆的路径规划,以二自由度整车模型为研究对象,采用了一种基于车辆转弯半径限定的方法改进传统人工势场法。仿真结果表明:对于直线形、折线形、曲线形和正方形的障碍物,改进型人工势场法都能很好的适应。
  路径跟踪控制器基于干扰观测器进行设计,选择了具有对参数摄动和干扰不敏感的滑模控制理论,趋近律采用指数趋近律,采用饱和函数法消除抖振,控制量是转向盘转角,跟踪量是横向位移和速度。定速巡航控制器采用增量式PID控制算法,以期望巡航速度和实际车辆速度的差值作为控制输入,对车速进行控制。
  以测试道路相关标准为依据,采用三阶曲线拟合的方式,建立了双移线和蛇形线测试道路模型。然后分别以双移线路径、蛇形线路径和避障路径为期望路径,对路径跟踪控制器的路径跟踪和速度跟踪性能进行仿真分析。仿真结果显示:路径跟踪偏差分别保持在0.03m、0.02m和0.04m以内,速度偏差偏差分别保持在0.14m/s、0.04m/s和0.99m/s以内;转向盘转角分别保持在0.89rad、0.31rad和2.85rad以内;横向速度保持在1.71m/s、0.85m/s和3.56m/s以内;横摆角速度保持在0.39rad/s、0.16rad/s和1.06rad/s以内;跟踪精度和稳定性也达到期望效果。
  定速巡航实验利用具有码盘测速功能和LCD显示功能的智能小车作为被控对象和主控芯片为STM32F103ZET6的开发板作为主控制器,在真实的坡道路面上对定速巡航工况进行了模拟实验,实验结果表明,控制器能够满足设计要求。
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