毕业论文 - 车辆多目标协调式 自适应巡航控制.docx

车辆多目标协调式 自适应巡航控制 培 养 单 位 ： 汽车工程系 学 科 ： 机械工程 研 究 生 ： 李 升 波 指 导 教 师 ： 李 克 强 教 授 二○○九年七月 州解州皿些全票有血炽包汽城职露 朴 末 怒 Vehicular Multi-Objective Coordinated Adaptive Cruise Control Dissertation Submitted to Tsinghua University in partial fulfillment of the requirement for the degree of Doctor of Engineering by Li Shengbo (Mechanical Engineering) Dissertation Supervisor: Professor Li Keqiang July, 2009 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包 括：(1)已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；(2)为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资 料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内 容；(3)根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》,向国家图 书馆报送可以公开的学位论文。 本人保证遵守上述规定。 (必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期： 导师签名： 日 期： 摘 要 摘 要 新一代自适应巡航控制 (ACC,Adaptive Cruise Control) 系统中，同时具备 自动跟车行驶、低燃油消耗和符合驾驶员特性三类功能对于全面提升行车安全 性、改善燃油经济性、减轻驾驶员疲劳具有重要的意义。但是已有研究多面向 单一功能的实现，忽略了三者之间的制约关系，且未考虑驾驶员行为的非线性， 这导致现有的线性最优控制方法难以解决三类功能的矛盾。针对此问题，本文 首次提出并建立了一种车辆多目标协调式自适应巡航控制系统。论文在定义新 一代ACC 控制目标的基础上，应用模型预测控制理论建立系统的控制结构，依 次解决驾驶员特性建模、性能指标设计和实用化问题处理等关键技术，并通过 实车实验验证系统性能。 首先，为满足控制系统融合驾驶员特性的需求，分析驾驶员对跟踪误差的 敏感度特性，建立具有准线性结构的驾驶员跟驰模型；同时提出基于假设检验 理论的模型比较验证方法，消除实验过程中驾驶随机性对模型评价的影响。其 次，利用逆模型法补偿车辆纵向非线性，结合车间动力学模型建立跟车系统的 离散状态空间方程；以二次型代价函数和线性不等式为框架，设计跟踪性能目 标、燃油经济性目标和驾驶员感受目标的数学量化方法，建立 ACC 控制系统的 预测优化问题，实现最优控制算法的综合。然后，为实现该算法的实车应用， 基于反馈校正法设计跟车预测模型，增强闭环系统对模型失配的鲁棒性；采用 约束管理法松弛跟车系统的输入输出硬约束，扩展最优控制量的可行域；综合 变量集结策略和约束集压缩策略，提出预测优化问题的规模缩减框架，提高在 线优化的计算效率。 最后，为了验证本文系统的有效性，利用四类前车特定工况和两组前车循 环工况，进行试验场实车实验，并与基于LQ 方法的ACC 控制系统进行对比。 实验结果表明，本文开发的多目标协调式自适应巡航控制系统，在保障必要跟 踪性能的前提下可有效降低车辆油耗，且符合期望车距、动态跟车和乘坐舒适 性等多类驾驶员特性。 关键词： 驾驶辅助系统；自适应巡航控制；多目标协调；模型预测控制 Abstract Ⅱ Abstract In next generation Adaptive Cruise Control (ACC) systems, further enhancing vehicle safety, improving fuel economy and reducing driversworkload requires a comprehensive functions, e.g. necessary tracking capability, low fuel consumption and good driver desir