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第40卷第5期 机械工程学报 Vol40No．5 2004年5月CHINESEJOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGMay 2004 汽车方向预瞄式自适应PD控制算法4 高振海 (吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室长春130025) 摘要：针对汽车动力学强非线性时变特性及驾驶员行为特性，基于预瞄跟随理论提出了汽车方向预瞄式自适应PD 控制算法，并结合仿真计算和场地试验论证了算法的可行性和有效性。算法中建立了可近似描述汽车转向动力学 特性的一阶线性参考模型，并实时在线地辨识了参考模型传递函数的参数；由此根据理想预瞄跟随器的结构，进 行了PD控制器参数的自整定。该控制算法可较为精确地控制汽车跟随预期轨迹，且自适应控制算法的采用也提 高了控制系统的鲁棒性和适应性，从而为智能汽车方向控制系统的研究提供了一条可行的研究途径。 关键词：智能汽车方向预瞄跟随自适应PD控制 中圈分类号：U270 汽车7自由度非线性动力学模型，进行了多种行驶 0前言 工况下的仿真计算和相应的实车场地试验验证。其 中轮胎模型采用了轮胎统一半经验模型，来全面反 近年来智能汽车的研究日益受到研究人员重 映轮胎在纵滑和侧偏联合工况下的力学特性；同时 视，其中汽车行驶方向控制是实现汽车自主驾驶的 在自适应控制中采用了带遗忘因子的递归最小二乘 关键问题之一。自20世纪90年代以来，研究人员方法进行了汽车转向动力学特性的在线辨识和PD 从不同研究角度提出了一些汽车方向控制算法”#J。 控制参数的在线自整定，从而有效地提高了控制系 在汽车动力学系统的控制过程中，由于轮胎及转向 统的鲁棒性和适应性。 系总成具有强非线性特征，汽车转向控制系统是一 个强非线性时变系统。此时轮胎的力学特性体现出 1 预瞄跟随理论和预瞄最优曲率模型 强烈的非稳态非线性特性，在汽车转向控制中，尤 其是在汽车高速行驶工况下必须充分考虑到轮胎的 驾驶员开车是先看未来再作行动，即通常所说 侧偏特性及其相应的汽车侧向动力学响应特性。参 的“预瞄”作用。由此，参考文献[4】提出了“预瞄 考文献【3]考虑到轮胎的侧偏特性对高速汽车行驶 跟随理论”，描述了一个根据未来信息进行跟随控 的影响，提出了一个基于模糊控制的智能车辆横向 制的系统的特性。该系统可以看成是由一个“预瞄 控制算法。但所采用的车辆模型仅为简单的汽车两 器”和一个“跟随器”相串联而组成的系统，图1 自由度线性模型，此时轮胎模型为线性模型，仅仅 为预瞄跟随器的结构示意图。其中“预瞄器”的传 可近似反映小侧偏角工况，没有涉及到更多的轮胎 递函数为耶)，“跟随器”的传递函数为耶)。为使 非线性非稳态特性及相应的汽车动力学非线性特 整个系统达到理想的跟随效果，预瞄跟随系统应在 m1。 性。同时．根据汽车一驾驶员一道路闭环操纵系统 低频域中满足P(s)F(s1 的研究可知：汽车驾驶是根据前方道路等汽车控制 系统的未来信息而进行当前时刻的操纵控制，即通 上怔丑立匝乎，+ 常所说的驾驶员预瞄特性，且这种预瞄行为在汽车 图1预瞄跟随器结构示意图 高速行驶工况下尤其明显。 为此，在已有的驾驶员操纵行为和汽车