车辆智能控制技术的研究与应用

车辆智能控制技术的研究与应用

车辆1003

20104043

李琳

车辆智能控制技术的研究与应用

自从汽车被发明以来，人类对于驾驶汽车的看法就一直存在分歧，一部分人热衷于让汽车变得越来越好开，强调驾驶乐趣，让你的双手舍不得离开方向盘；然而另一部分人则更热衷于让汽车变得越来越“傻瓜化”，甚至要将驾驶者的双手从方向盘上解放出来……上世纪80年代开始热播的美剧《霹雳游侠》当中的KITT，正是后者思想的集大成者。正在读这篇文章的您也许就曾经被无敌的KITT 所深深吸引吧？当然人类的科技还根本无法达到科幻电视剧当中的效果，KITT 无与伦比的人工智能、让主人公高枕无忧的自动驾驶、车身超级耐打击的能力以及几乎不用加油的动力科技看上去几乎都是天方夜谭。然而随着汽车技术的发展，现实版“KITT”正在向人们走来，近些年来许多厂商都致力于无人自动驾驶技术的研发，宝马在这领域走在时代的前边。

现阶段的技术成果虽然无法实现《霹雳游侠》或者《钢铁侠》里面那样强大的技术，但是让车子短暂脱离驾驶员的控制而自主驾驶，还是已经成功实现了。宝马将一系列最先进的无人驾驶技术设备集成到了一辆看似非常普通的5系轿车里，这些设备能够在高速公路行驶时，接管驾驶员的所有操作，自主进行油门、刹车甚至超车的动作。

车辆自主变线超车

借助布置在车身四周的传感器，它甚至可以发现从辅路匝道进入主干道的车辆，自主采取加减速或者变道的措施，而具体选择那种操作，也是通过计算当时的行驶条件而决定的，也就是说它具备了自主判断交通状况的能力。而这一切，目前都能够在130km/h以下的车速来完成。

其实这些对于驾驶员来说再容易不过的驾驶操作，对于自动驾驶系统来说可是超级复杂的一件事情。车辆不仅需要随时准确侦测出自己处于道路中的哪一条车道上，更要认出车身周边的车辆或者物体。实现这样的感知，不仅需要普通雷达，更需要激光、超声波以及摄像头的辅助。

若要精确做出判断，上述的集中探测装置至少需要两种协同作用。目前这辆能够自主驾驶的宝马5系轿车已经在驾驶员极少干预的前提下，安全行驶了3000英里。这都要归功于全车所有精良的设备。再有一点就是，这项技术的应用普及速度可能远超过你的想象，有消息称该技术在2014年的宝马i3上就会开始搭载，届时你可要分清路上开车的到底是人还是车自己了。然而一向强调给驾驶者带去驾驶乐趣的宝马开发这么一个产品，缺失会让人觉得有些意外，宝马官方给出的解释是，这项技术并不会完全将驾驶者从眼观六路耳听八方中抽离开来，所以不要指望你能在开车上班的路上睡上一觉……

1 悬架的研究方法

（1）理论研究[1]

悬架系统的理论研究具有前瞻性和探索性，为智能悬架系统的物理实现奠定理论基础。其主要研究内容：

a.悬架力学模型理论研究。悬架力学模型是振动理论中的隔振和减振理论的实际应用，通过振动理论的深入研究，全面综合研究悬架的减振和隔振性能、悬挂系统的非线性特性。

未来几年中，动力学、振动与控制领域的下述研究前沿值重视：①高维非

线性系统的全局摄动法、全局分岔和混沌动力学；②高维强非线性系统分岔与混沌动力学的实验研究；③时滞非线性系统的动力学理论及其应用；④流体一弹性体一刚体耦合系统动力学与控制；⑤碰撞与变结构系统动力学；⑥微电机系统动力学。

b.悬架系统控制模型的理论研究。悬架系统作为控制对象，其模型分为简单的线性系统和复杂的非线性系统，线性系统经过几十年的发展已经建立了一套完整成熟的理论系统，例如LQR、ITAE最优控制、零极点配置等；但非线性系统情况比较复杂，迄今还没有统一的设计理论和稳定的分析方法。受非线性系统理论的制约，要具备类似于线性系统那样严格的数学推导，形成完整的控制设计体系尚需假以时日。在这种情况下，将非线性系统在关注点“近似”线性化处理，然后作为线性系统来对待，不失为一种工程实用方法。而实际悬架系统的物理特性为严格非线性，是以非线性系统为研究对象的控制系统。(2)仿真研究

建模理论和方法仍然是推动仿真技术进步发展的重点研究方向，是系统仿真可持续发展的基础。发达国家在仿真领域一直是将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。

大型复杂工业系统，都需要从安全性出发设计实施。仿真系统是预估其安全性的有效工具，因此仿真系统自身的可信度就变得非常重要。用计算机和相应的配套软硬件进行试验研究，具体主要集中在“实物在环仿真”和“半实物在环仿真”。“实物在环仿真”是将整个悬架系统的一部分(通常是控制器部分)用软件来仿真和模拟，而其他环节则是悬架实体。“半实物在环仿真”则是将悬架部件用硬件设备来仿真，例如用d-SPACE来模拟悬架的物理结构，而用软件来进行其他部分的仿真。或者将大部分悬架的部件(簧上、簧下质量，悬架弹性元件等)和道路激励环节用软件进行模拟，而只有研究部件(即执行机构——减振器)是实物。采用硬件在环仿真技术的优点是可以灵活调节各个环节的影响因素，突出主要矛盾，从而达到解决问题的目的。[2]

但是现行的仿真仍然存在一些缺陷，例如仿真分析的结果受到不同工程师经验、水平和所采用的分析流程的制约，不同工程师即使给定相同的模型和计算条件，分析结果可能也大相径庭，影响了仿真分析结果的置信度。因此迫切的需要规范分析者的流程，加强工程师之间的交流。而传统分析工具的最大弱点在于，企业中富有经验的工程师的工程分析经验无法进行有效的积累以形成知识库，影响了知识的继承和仿真流程的重用。企业中很多分析工作的流程是具有共性的可重复的，但目前大多数企业在仿真流程上只能通过制定企业规范来加以引导，这样导致老工程师的经验无法快速的传递给新手，知识无法共享，大量的类似的分析工作需要重起炉灶。仿真的另外一个瓶颈是仿真分析工具的耦合度不高，单技术或学科仿真分析工具形成分析计算的“孤岛”，工程师们需要花大量的时间去掌握新的仿真分析软件。另外这也导致设计流程不流畅，设计与分析不能很好的对接。

（3）试验研究

根据理论研究和仿真研究，用试验的方法对所进行的研究结果进行证实，并将试验结果反馈回理论研究和仿真研究。虽然这一类研究的投资相对较大且运行周期长，但是它是最能证实悬架可靠性的方法。同时试验研究还包括实验室台架试验研究、道路试验研究。

理论研究、试验研究和仿真研究三者之间息息相关。理论研究为仿真研究