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本科论文:智能汽车技术及汽车动力学控制系统研究

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2017-07-14 10:23:00

   摘 要:随着经济的发展和科学技术水平的显著提高,人们生活水平在直线提升的同时,对于交通工具提出了更高的要求,智能汽车便应运而生,汽车的操纵稳定性也受到越来越多的重视。汽车动力学稳定性控制系统(DSC),是需要进行重点突破的汽车主动安全控制系统。本文系统分析了智能汽车的特点,对汽车动力学控制系统进行了深入探析。 
  关键词:智能汽车;汽车动力学控制系统;关键技术 
  中图分类号:U463 文献标识码:A 
  时代的发展、科技的进步,促使人们对于汽车的总体水平提出了更高的要求,尤其是在操控性能和安全稳定性能方面。为此,汽车制造企业进行了深入研究和诸多尝试,以先进的科学技术为依托,研制出制动防抱死系统,也就是ABS系统,来维护汽车的安全稳定,目前被广泛应用于市场。而汽车动力学稳定性控制系统(DSC)是保证汽车主动安全控制系统的又一项新技术,其性能要高于ABS系统。 
  一、智能汽车的定义和主要特点 
  智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通信、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。通俗来讲,智能汽车就是以普通汽车为基础,以先进的科学技术为依托,加上传感器、控制器、执行器等高新技术装置,使车辆在不需要人的手动操作的条件下,可以自动感知环境,判断出当前所处环境安全与否,并能根据人的意愿抵达目的地。 
  智能汽车最大的特点是可以实现无人驾驶。在计算机科学、模式识别、图像处理等多种智能领域的协同作用下,智能汽车具备了与人类类似的环境感知能力,并且通过传感器、摄像机、自动操纵系统等装置,智能汽车可以在不需要人类操控的情况下,完成汽车启动、加速、减速、刹车、停车,甚至绕行障碍物等一系列程序。即便在车水马龙、道路状况不佳的环境下,智能汽车也能通过智能系统,选择最优路径,以安全、合理的方案只会汽车完成自动行驶。除了可以自动驾驶,智能汽车还具有自动跟踪、自动学习等特点。 
  二、智能汽车的发展历程 
  早在20世纪80年代,美国率先提出了自动驾驶汽车的概念。20世纪90年代,美国、德国、意大利等发达国家,在智能汽车方面的研发上取得了较大的进展。2005年,美国甚至主办了一届智能汽车大赛。与这些西方发达国家相比,我国受到历史因素和经济、科技实力限制,对于智能汽车的研发起步较晚,取得的成果也不够丰富。随着我国科技水平的显著提高和电子技术的创新发展,智能汽车逐渐走入人们的日常生活,国内汽车行业对于汽车动力学控制系统的研究也日益深入,运用的都是相同的科学技术,其设计理念和性能也都是一致的。 
  三、智能汽车研究设计所需的关键技术 
  导航定位技术是智能汽车行驶中最为需要的技术之一,它是通过传感器、GPS等提供的数据,来选择行驶路线、判断障碍物与车辆之间的关系,从而确定智能汽车的位置、行驶状态,确保汽车安全准确行驶。决策控制器的设计技术:智能汽车会利用传感器等装置去感知环境,并做出科学的计算分析,除此之外的行为选择、路径规划等都在决策控制的范畴。就现今人们对于决策控制的研究来看,研究方向主要为侧向控制系统决策和纵向控制系统决策。其中,控制智能汽车按照提前设定好的路径安全行驶,属于侧向控制系统范畴,而控制智能汽车的行驶速度则属于纵向控制系统的研究对象。智能汽车通过传感器准确获取外界和自身性能的信息后,才能确保车辆安全行驶,但任何事情都没有绝对性,传感器也无法保证它采集的所有信息都是可靠的准确的,所以,采用多路传感器数据融合技术十分必要,它可以有效提高智能汽车决策控制系统的准确性。 
  此外,制动防抱死系统,也就是ABS,对于智能汽车的研究设计提供了重要的技术支持。导致汽车不稳定的原因主要分为两种,一种是汽车本身的不稳定性,一种是驾驶员面对突发状况时做出的错误操作。良好的汽车动力学控制系统,能够很好地识别误操作并给予正确的控制。作为最先出现的汽车主动安全控制系统,ABS通过瞬时开断电磁阀来控制制动压力,调节轮胎的滑移角度、力度等,以此实现车轮与地面的附着达到最佳状态。 
  四、研发动力学控制系统的必要性 
  近年来我国交通网络日渐发达,汽车总量也逐年递增。得益于现代汽车动力性的日渐强大,车速也较之从前有了质的飞跃。但由于我国车辆驾驶者的综合素质参差不齐,一些驾驶人员的驾驶水平较低,严重影响车辆的安全行驶,对其他车辆和驾驶员的安全也造车威胁。基于对这一因素的考虑,研发汽车动力学稳定性控制系统,提高智能汽车操作的稳定性势在必行。 
  五、汽车动力学控制系统研究的基本原理 
  我们通常所说的对于汽车动力学控制系统研究,其主要研究对象是汽车的稳定性和可控性,也就是通过对稳定状态的控制,避免汽车进入不可控制的不稳定状态。当汽车处于稳定可控的状态下时,质心偏侧角往往处于相对较大的状态,车轮的侧向力已接近輪胎与地面的附着力极限,此时如果只依靠方向盘来控制汽车的稳定性,并不能达到良好的保证车辆稳定性的效果。此时,纵向力匹配来产生横摆力矩的控制方法更为有效。使用此方法,可以使车辆的运动状态达到最理想的稳定值。下面是测试其稳定性的具体方法:首先,利用传感器岁汽车的运行状态进行科学检测,记录数值,包括侧偏角大小、左轮与右轮的速度差、横摆角速度等等,当实际数据与名义数据存在较大差距时,可通过模糊逻辑控制器计算出所需要控制的横摆力矩,以此来改善汽车操纵的稳定性。 
  六、车辆动力学模型的建立 
  在进行智能汽车动力学系统的测试之前,建立精确度高的动力学模型十分必要。动力学模型普遍采用的是两轮的模型参数,它可以比较全面的考虑车辆的运动控制。在动力学控制系统研究中,两轮模型的应用最为普遍。科研人员在此模型基础上,还进一步开发了例如侧偏角估算法等算量和参数。在测试汽车动力学体统时,两轮模型的应用较为广泛,但在分析方针环节时,四轮多自由度汽车仿真模型则更适用。 
  七、车辆动力学系统的控制策略 
  车辆的动力性能对于车辆的行驶安全具有极为重要的作用,当汽车行驶在路面上时,经常要进行转向,为了确保行驶安全,进行车辆的动力学控制十分必要。上文中做过分析,横摆力矩是影响车辆动力学稳定性的直接因素,所以可以通过控制以下两个方面,来进行动力学的控制: 
  第一个方面是,通过减小车辆驱动力的方式,使轮胎侧向附着力增大,这样一来就可以有效提升车辆对于外界侧向力的抵抗能力。 
  另一个方面是,通过加大车辆的横摆力矩,借助方向盘的转角控制、驱动力和制动力的控制,使车辆行驶的稳定性增强。驱动力控制是指通过减小驱动力的方式,使得侧向力潜能得以提升,这种控制只能在驱动条件下应用,而且控制效果一般,并不是十分明显。制动力控制分为两种情况,第一种是在驱动条件下,给驱动轮施加适当的制动力,另外一种情况是在制动条件下,减小制动力。相比于驱动力控制,制动力的应用潜能更为巨大,应用范围也更广泛。 
  宝马、捷豹等汽车公司将汽车动力学控制系统称之为汽车动力学稳定控制,也就是DSC。该系统在保证车辆横向稳定性方面发挥了重要作用,当车辆发生转向不足或过度时,汽车的转角传感器、轮速传感器等会向系统发出信号,此时,系统会通过控制车轮进行制动,使汽车在变换车道或是过弯时能够更加平稳而安全。 
  结语 
  加强在汽车动力学控制系统的研究,对于提高我国在人工智能、电机控制等领域的技术水平具有重要意义,极大地提高我国智能汽车的发展速度。同时,智能汽车的不断发展,可以有效改善城市交通拥堵、交通事故频发等问题,在未来智能交通的发展中发挥重要作用。 
  参考文献 
  [1]龙志军.智能汽车及智能汽车控制系统的研究[J].当代农机,2015(12):67-69. 
  [2李跃锋.浅议智能汽车技术及汽车动力学控制系统[J].民营科技,2016(8):26-26.


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