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主题:汽车和汽车性 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-01-26

汽车和汽车性论文范文

《汽车紧急制动控制模型与其安全性分析和》

本文是关于汽车和汽车性类大学毕业论文范文跟性类大学毕业论文范文.

摘 要:主要研究汽车紧急制动控制及其安全性,在对紧急制动工作过程进行分析的基础上,通过结合Carsim和 Simulink软件完成了紧急制动控制.根据两车间的安全行驶距离,采用的模糊控制策略,其输入变量为两车间距及相对速度、输出变量为主缸制动压力.对该制动系统进行仿真实验结果表明,系统的模糊控制策略在制动过程中能有效实现,同时,显著提升了车辆的安全性和乘坐舒适性.

关键词:汽车紧急制动系统; 控制模型; 模糊控制; 安全性; 舒适性

中图分类号: U463.5

文献标志码: A

Abstract:This paper mainly studies the emergency brake control and its safety. Based on the analysis of the emergency brake work process, the control of the emergency brake control model is completed by combining Carsim and Simulink software. The input variables of the fuzzy control strategy used are the two-vehicle distance and relative speed, and the output variable is the master cylinder brake pressure. The simulation experiment analysis of the brake system shows that the fuzzy control strategy of the system works well. The brake function is effectively realized, the safety and ride comfort of the vehicle are significantly improved.

Key words:Automobile emergency braking system; Control model; Fuzzy control; Safety; Comfort

0 引言

我國国产汽车近几年得到了迅猛发展,不断提高的生产技术为汽车整体性能的提高提供了技术支撑,我国高速公路里程不断增加,汽车已经成为日常出行必不可少的交通工具,随着汽车保有量的不断增加,伴随而来的交通事故逐渐增多,据统计,全国每年几十万起的交通意外事故有对人们的生命及财产安全产生了严重威胁和影响,而制动失误已成为交通事故的主要诱因,车辆发生意外后由低效的紧急制动过程导致车辆滑移原路线发生碰撞或翻车,其所引发的问题使人们对汽车的安全性能及操作性能的要求不断提高,本文主要完成了汽车紧急制动控制模型及控制策略的构建,以期提高汽车紧急制动过程的安全性和舒适性.

1 现状分析

不断发展完善的汽车技术为车辆整体安全舒适性能的实现提供了支撑,随着自动化及智能化理念的深入人心,公众对汽车的主动安全性能的关注程度不断提高.作为汽车主动安全的重要构成自动紧急制动(AEB)系统的应用已经成为提高车辆(处于行驶状态)应对包括爆胎、碰撞等在内的潜在危险能力的有效手段,是部分豪华车宣传的高科技亮点,欧盟Euro NCAP、美国IIHS、日本JNCAP、中国C-NCAP的新车评估体系中均纳入了AEB系统,AEB系统已成为车辆获取高评分的一项重要标准,驾驶员在车辆前方出现潜在安全隐患的情况下采取不正确的措施(如未采取制动措施、制动压力不足等)会使车辆发生碰撞的概率增加,需通过自动紧急制动系统主动代替驾驶员发挥制动功能以确保车辆安全.汽车紧急制动系统已成为研究重点之一,现有研究中大多对最大制动减速度进行设定(以路面状况为依据、固定最大减速度),将制动主缸的压力设置为某一定值,不利于连续动态的调整以满足不同的制动需求[1].为此本文完成了一种紧急制动控制系统的设计,该系统基于模糊控制理论,制动压力可根据不同的制动阶段代替调整,有效提升了车辆的安全性和舒适性.

2 自动紧急制动系统工作流程分析

车辆的减速和停止通常使用某一固定主缸压力实现,过小的压力会降低应对突发事件效果不利于确保车辆的安全,而突然施加过大的制动压力会显著降低车辆乘坐舒适性.自动紧急制动(AEB)系统通过雷达、摄像头的使用完成对前方车辆的持续监测过程,在两车有碰撞危险的情况下(通过控制器完成判断),先提醒驾驶员进行制动(通过声音、警示灯),驾驶员超过一定时间后未采取制动操作或制动压力不足,系统会及时发挥辅助提高制动压力到需求值的作用,以有效避免或减少交通事故的发生.

2.1 制动过程

制动距离是影响车辆发挥紧急制动效果的直接因素,图1为汽车制动过程,汽车主缸制动压力由Fp表示,制动减速度由ab表示,接到紧急停车信号(t等于0 时)的驾驶员反应时间由t′1表示,并在t等于a时迅速抬脚踩制动踏板(这一过程持续的时间由t″1表示),制动踏板在t等于b时开始下移直至踏板力达到最大值(即点 d,这一过程用时由t2表示),克服制动踏板间隙及制动力增长所需时间分别由t″2和t′2表示.汽车从c点开始减速到e点时达到最大制动压力,用时为t3的e到f属于持续制动过程(在f处完全停止),放松制动器后消除制动压力过程所需时间由t4表示.驾驶员制动过程虽存在一定的差异,但通常很难缩短整个反应时间(即t1等于t′1+t″1),因此控制t′2和t″2成为控制前后车辆距离的关键所在[1].

前后两车通过AEB系统保证相互间有足够的安全距离,安全距离会受到前后两车运行状态的较大影响.汽车主要分为匀速、加速、减速、静止四种状态,前、后车分别以其中的某一状态向前行驶.假设前车静止,前后两车的运行状态根据由vrel表示的两车相对速度可分为3种情况:后车行驶速度大于前车,vrel等于v2-v1>0;前车行驶速度大于后车,vrel等于v2-v1<0;两车相对静止vrel等于v2-v1等于0.后两种运行工况下不存在碰撞问题无需考虑,只需考虑第1种运行工况,且在两车间距S<S0时后车需进入紧急制动状态.

3 模糊控制器的设计

在满足AEB系统启动条件的情况下,通常实施紧急制动即使系统制动主缸的制动压力达到最大值(直接控制),受到迅速升高的制动压力的影响达到了制动最大值,导致快速降低车速的同时降低了乘坐舒适性,需有效控制制动主缸的增压过程.鲁棒性及容错能力较强的模糊控制算法可使过程控制中的非线性问题得以有效解决,适用于实现车辆AEB系统控制器的非线性控制,因此本文据此完成了AEB系统控制器的设计,在整车仿真中模糊控制器的目标在于保证前后两车间的安全距离,输入量和输出量分别为车间距和相对速度为、主缸制动压力,模糊控制系统框图[4],如图2所示.

3.1 模糊控制器隶属度函数的建立

针对距离、相对速度及主缸制动压力几个指标进行等级划分,包括负大、负中、负小、零、正小、正中、正大,分别由NB、NM、NS、O、PS、PM、PB表示,分别建立对应的隶属度函数,距离、相对速度和主缸制动压力分别为{NB NM NS O PS PM PB}、 {NB NM NS O PS PM PB}、{NB NM NS O PS PM PB},论域的作用范围分别为[0,100]、[0,120]、[0,15].采用Matlab的GUI(位于模糊控制工具箱中)完成FIS文件的建立(以实际设计需求为依据),图3为各变量隶属度函数(高斯型函数).系统控制精度同车间距成反比,对于较近的两车间距需系统具备较高的控制精度,因此随两车间距的增加距离隶属度函数逐渐变稀疏,响应速度提高、控制精度降低[5].相对速度较大的情况下对控制精度要求较高,此时相对速度的隶属度函数逐渐密集从而提高控制精度.制动压力隶属度函数主缸制动压力在较高的危险系数下需尽量保持在一个高位,需在主缸制动压力取值在较小的制动强度下最大程度减小,中间段则尽可能均匀分布.

3.2 模糊控制器控制规则的建立

模糊控制器功能的有效发挥离不开模糊控制规则的支撑,本文以实际调试经验和专家理论为依据得出控制规则库共49条,具体如表1所示,控制规则的模糊语言使用表格型即:if A and B then C,具体表达如下.

输入同输出间的对应关系通过使用模糊控制规则推理获取(包括所有可能出现的状况),进一步这部分对应关系完成输出量曲面观测窗的获取,具体如图4所示[6].

4 仿真及结果分析

为了检测本文紧急制动控制模型及模糊控制器在整车中的控制效果,在Simulnk环境下本文采用内置于Carsim中的某车型进行仿真实验,在完成联合仿真模型构建的基础上将本文所建立的模糊控制器加入到聯合仿真环境下,通过对前后两车运行状态进行设置模拟车辆跟车行驶情况,两车初始间距为150 m,后车在前车静止情况下以最高允许车速120 km/h向前车所在的方向(即最大相对速度差),仿真时本文模糊控制制动结果同直接控制制动结果进行对比分析.后车的紧急制动过程如图5所示.

直接控制条件下,在2.3 s左右以120 km/h匀速行驶的汽车接收到危险信号开始紧急制动,到完全停止时耗时约3.4 s,汽车距离前车0.955 m;模糊控制条件下,汽车在2.5 s左右接到危险信号并紧急制动,在6.2 s附近时完全停止,汽车距离前车0.962 m.根据E-CANP 规定折算到120 km/h车速紧急制动停车后两车间距不超过3 m,即本文设计的模糊控制器能够确保以高速行驶并进行紧急制动车辆的安全.车辆制动以主缸制动压力作为动力源,根据主缸制动压力变化情况评价模糊控制器的控制效果,后车两种控制下主缸制动压力曲线对比结果,如图6所示.

在直接控制条件下,收到危险信号后的车辆主缸制动压力快速增加,随后主缸制动压力直至车辆停止均处于稳定状态;在模糊控制条件下,随着车间距和相对速度的减小主缸制动压力在收到危险信号后逐渐达到最大然后逐渐降低(即主缸制动压力在升降变化过程过渡平缓),并在一个低点保持恒定.说明本文模糊控制器可保持制动压力平稳的输出过程,并确保制动主缸在车辆停止后保持较低压力,根据车速、距离的变化对主缸制动压力进行动态优化.

紧急制动时提高车辆平顺性成为提高驾驶者操纵感及乘坐者舒适性的有效手段,本文AEB模糊控制兼顾了行车安全及汽车制动过程的平顺性.评价汽车平顺性可采用主观评价(即通过乘员的主观感受)和客观评价(即使用包括车身/座椅垂直加速度、侧倾、俯仰角、悬架动挠度等在内的可量化指标)两种方法,本文主要采用两个指标即车身俯仰角及其加速度对汽车在两种制动工况下的平顺性进行研究分析,实验结果表明:车辆俯仰角度最大值在车辆采用两种控制方式下基本相等.但相比于直接控制,模糊控制条件下达到最大值后俯仰角度接下来的下降速度比较缓慢,代表车辆制动过程的平顺性较佳,说明模糊控制可使乘坐舒适性得以有效提高.在直接控制条件下,车辆分别在1.8-2.2 s和5.5-6 s间产生了上下差较大的波动,分别为3.5 rad/s2、2.5 rad/s2,汽车俯仰角加速度在模糊控制条件下的波动(约0.8 rad/s2)仅出现在约3 s和6.5 s左右,本文控制方式下车辆的俯仰角加速度及其共振幅度明显降低,能够使驾驶乘坐的安全性及舒适性得以有效提高[7].

5 总结

随着人们对汽车安全性重视程度的不断提升,对车辆紧急制动系统的需求不断提升,为有效兼顾车辆制动过程的安全性和驾乘舒适性,针对AEB系统本文主要在分析了具体制动过程的基础上,根据必要的安全距离在Simulnk环境下完成了一个双输入(即车间距离和相对速度)单输出(即主缸制动压力)模糊控制器的设计,针对车辆紧急制动时的舒适性通过使用平顺性的评价方法完成评价过程,采用本文设计的模糊控制策略可确保紧急制动功能在跟车行驶状态下的有效实现,同时兼顾了行车的安全性驾乘舒适性.

参考文献

[1] 曹立波,欧阳志高,贾寓词,等. 自动紧急制动与可逆预紧安全带共同作用下乘员损伤分析[J]. 中国机械工程, 2016(16):2259-2266.

[2] 张鹏程,吴波勇,汪祖国,等.基于ECE R131法规检测的移动目标车设计与验证[J]. 汽车科技,2017(2):76-79.

[3] 崔亚楠.郑为民.汽车紧急制动防误踩油门智能系统的研究[J].时代汽车,2019(4):143-144.

[4] 彭金栓,徐磊,邵毅旺.汽车主动安全技术现状及发展趋势[J].公路与汽运,2014(1):1-4.

[5] Marek Waligórski, Karolina Kucal. The impact of the full power characteristics of the internal combustion engine and the traction characteristics of the vehicle on its safety in urban traffic[J]. Transportation Research Procedia, 2019(8):594-601.

[6] 李卫兵,吴琼,王翔宇,等.对开路面汽车紧急制动的稳定性控制[J].汽车安全与节能学报, 2018(3):272-280.

[7] 牛成勇,曾杰,徐建勋, 等.汽车装备自动紧急制动系统后的性能测试评价[J].河北工业大学学报,2018(5):75-81.

(收稿日期: 2019.09.10)

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