智能汽车纵向行驶动力学行为与协同控制方法

The intelligent Environment-Friendly Vehicle（i-EFV）is an important exploration for next generation vehicles, which involves several key issues in terms of dynamics and control. This proposal focuses on the modeling and control of i-EFV longitudinal dynamics, in which a complex electromechanical model is built on the basis of coupling dynamics of generalized mechanical system, and a multi-objective coordinated controller is synthesized considering the interaction of human-vehicle and road, with particular emphasis on relevant control theories and methodologies. The detailed study will include (1) the investigation on generation mechanism and state identification principle of longitudinally moving vehicles; (2) modeling of generalized mechanical system based on unified multi-domain modeling theory; (3) an integrated solution for multi-objective coordinated control to simultaneously compromise safety, fuel economy and driving comfort. The aforementioned studies are able to achieve a breakthrough on renovation and reformation of intelligent vehicles.

作为对下一代汽车结构的探索，申请者提出了智能环境友好型车辆（i-EFV）概念，涉及智能汽车系统动力学与控制研究领域的关键科学问题。本项目针对“人-车-路”耦合的i-EFV复杂机电系统，重点研究其纵向行驶动力学特性及其协同控制理论与方法。主要研究内容及创新点包括：探明i-EFV纵向运动的产生机理及状态识别原理；建立基于统一建模理论的广义机械动力学系统模型；提出能兼顾安全、节能和舒适性要求的车辆行驶多目标协同控制方法。本项目将为智能汽车行驶动力学行为及协同控制方法研究提供新的理论及技术支撑。

申请者从复杂机电系统集成科学的角度，提出了代表未来技术发展趋势的“智能环境友好型车辆（i-EFV），这是智能汽车与新能源汽车有机结合形成的新型智能汽车结构。本项目针对“人-车-路”耦合的i-EFV复杂机电系统，重点研究其纵向行驶动力学特性及其协同控制理论与方法，包括：“人-车-路”系统多领域统一建模方法、“人-车-路”系统耦合机理研究、“人-车-路”广义动力学系统的驾驶员行为及意图识别、i-EFV车辆纵向行驶动力学及多目标协同控制方法。通过本项目研究，取得如下创新成果：.（1）提出了i-EFV队列的分布式非线性模型预测多目标协同控制方法，阐明了车辆队列稳定性、安全性、舒适性、节能性多目标协同机制，建立了基于初始平面分割法的多目标全局快速寻优算法，最终提升了队列行驶的综合性能。.（2）提出了i-EFV队列头车驾驶员的行为分析及意图识别方法，有效融合隐马尔科夫模型、模糊C均值聚类和支持向量机，探明了道路交通环境变化对驾驶员行为的影响及作用机理，实现了对驾驶员意图的准确识别。.（3）提出了基于智能体结构的“人-车-路”系统多领域统一建模方法，建立了同一架构体系下驾驶员、车辆、道路环境的联合模型，揭示了人、车、路不同非线性动力学系统特性之间的内在联系及相互作用机理。.此外，联合项目合作单位重庆长安汽车股份有限公司建立了智能汽车行驶动力学及协同控制仿真平台、硬件在环试验平台，并基于长安CS55搭建了实车试验平台以及i-EFV车辆队列演示平台，完成了智能车辆动力学及协同控制实车验证。 .项目执行期间，相关研究结果已发表学术论文37篇（国内外期刊论文36篇，国际会议论文1篇，含已录用待发表论文3篇），其中SCI/EI检索论文36篇，已授权国家发明专利8项，申请国家发明专利10项，获计算机软件著作权5项，出版专著2部。项目执行期间，获国家科学技术进步奖二等奖1项，中国汽车工业科学技术进步奖一等奖1项，培养研究生21人。.本项目研究成果为智能汽车行驶动力学行为及协同控制方法研究提供了重要的理论指导及技术支撑。