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原文传递智能车辆制动/转向紧急避撞控制策略研究

论文题名：	智能车辆制动/转向紧急避撞控制策略研究
关键词：	智能车辆;紧急避撞;轨迹规划;转向轨迹跟踪;转向制动控制
摘要：	近年来，车辆主动避撞技术通过改变自车运动状态来避免或减轻碰撞危险，成为主动安全领域的研发热点之一。其中，目前较为成熟的自动紧急制动系统在关键时刻辅助驾驶员紧急刹车避免与前车发生追尾，效果显著。然而，从避撞所需纵向距离上考虑，车辆在高相对车速、低重叠率和低附着条件下，转向能够避免更多的碰撞事故。因此，本文从进一步提升车辆紧急避撞工况适应能力角度出发，围绕避撞方式决策策略、紧急转向轨迹规划方法、轨迹跟踪控制算法和紧急转向制动联合控制进行研究，工作如下：　　(1)对车辆紧急制动过程进行分析，给出前方不同危险情况下的最晚紧急制动点和最晚一级制动点。提出一种限制侧向加速度的多项式轨迹规划方法，在确定规划起始和结束时刻运动状态参数时，导出规划轨迹时间段内侧向加速度的表达式，为提高转向避撞的车辆稳定性，设置一个侧向加速度峰值的限值，根据该限值下的加速度峰值方程式确定各种车速下的避撞轨迹。结合确定的轨迹和横向避让距离，采用数值计算方法得到最晚转向点。最后将自车与前方障碍的实际距离与最晚一级制动点、最晚紧急制动点、最晚转向点进行比较，决策出当前最恰当的紧急避撞模式。　　(2)基于模型预测控制的紧急转向轨迹跟踪算法研究。针对紧急工况下对控制系统实时性的关键要求，取轮胎侧偏特性中的线性区域，并在小角度假设条件下，导出简化后的车辆模型；结合通过泰勒展开的近似线性化方法，将简化的车辆模型进一步线性化，建立了有限时域内的线性时变预测方程。针对轨迹跟踪准确性和稳定性要求，设计了综合考虑与期望轨迹最小误差、反映执行器特性的控制量增量和幅值的目标函数，添加了质心侧偏角和轮胎侧偏角约束，保证车辆紧急工况下的稳定跟踪。最后，经过推导，将目标函数及约束条件转变为计算机能够快速求解的二次规划问题。　　(3)针对车辆高速度大侧向加速度易发生侧翻的问题，提出紧急转向制动联合控制方案，保证车辆安全通过规划的避撞轨迹。首先基于车辆侧倾简化力学模型获得合理的侧翻稳定性评价指标，通过在Carsim中建立的整车动力学模型对评价指标进行验证，总结出车辆较高速转向时的侧翻动态特性。联合控制中，横向采用模型预测控制算法计算跟踪轨迹的前轮转角；纵向上层控制器根据期望侧翻稳定性指标与车辆实际状态的差值计算输出纵向减速度，下层基于Simulink搭建逆纵向动力学模型，该模型根据纵向减速度输出制动压力值或节气门开度。　　(4)构建Carsim/Simulink联合仿真平台，验证60km/h、80km/h及100km/h这3种车速在高附着路面和低附着路面上紧急避撞轨迹规划、转向轨迹跟踪算法和转向制动联合控制方法的有效性。结果表明：本文设计的轨迹规划方法在各种典型工况下具有明显的实时性和适应性。轨迹跟踪控制器具备良好的跟踪性能，在良好路面上以中、高车速行驶时，跟踪误差有限且稳定性能指标均在约束范围内；在湿滑路面行驶时，控制器对中高速的控制效果与在良好路面时对比略有下降，但车辆仍顺利避撞且各动力学性能指标基本在稳定范围内。转向制动联合控制方法能在高、低附着路面有效降低车辆的侧向加速度，提高侧翻稳定性，同时也一定程度提高轨迹跟踪水平；低附着系数路面所能提供给车辆的最大制动力有限，车辆在过大侧向加速度时制动车速下降不明显，侧翻风险仍然存在，而在高附着系数路面上无此情况。
作者：	解建
专业：	车辆工程
导师：	姜顺明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文