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极限动态工况下的车辆紧急避撞算法研究
| 论文题名： | 极限动态工况下的车辆紧急避撞算法研究 |
| 关键词： | 乘用车;极限动态工况;紧急避撞;漂移技术;轨迹规划;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 提高行车安全、减轻交通事故危害在当今社会具有重大的意义，而车辆的自动紧急避撞系统能够帮助主车避免或减轻交通事故，对提高行车安全有较大帮助。传统的车辆紧急避撞系统的设计原则往往比较保守，一定程度上限制了车辆的机动潜能。在某些较为极限的事故场景中，应用赛车漂移技术，有助于挖掘车辆的机动潜能，避免本来必然发生的碰撞，从而减轻事故造成的伤害。本课题的研究目标是将漂移技术运用到乘用车的主动紧急避撞算法中，拓展乘用车在极限动态工况中的避撞能力，研究工作分为避撞轨迹的规划决策算法和轨迹跟踪算法两部分。 本文首先阐述了避撞轨迹的规划算法。对一种常见的冲突场景，本文总结了三种常规的紧急避撞方式，提出了一种借鉴漂移技术的掉头避撞方式。通过对主车搭建车辆动力学模型，本文基于最优控制框架提出了该避撞方式的轨迹规划算法。结合对场景中动态障碍物的运动预测，以及对主车的动力学特性建模，本文分析了四种避撞方式的能力极限，并总结出避撞决策逻辑。 本文对上述规划算法进行仿真分析，结果证明，在前三种常见避撞方式均失效的极限场景下，漂移掉头避撞方式仍能实现一定的避撞功能。 接着，针对提出的漂移掉头避撞方式所规划的轨迹，本文设计了跟踪控制算法。由于漂移掉头过程结合了驱动、制动以及转向三种操作，并且该过程中车辆处于强非线性状态，一般线性系统的控制器难以跟踪该轨迹，本文基于非线性模型预测控制和反馈线性化两种方法设计跟踪控制算法，并通过联合仿真，验证了控制性能。 最后，针对前述规划轨迹，本文采用基于反馈线性化设计的跟踪控制算法，进行实车道路验证。结果表明，该控制算法能较好地跟踪规划的轨迹，且验证了漂移掉头方式在极限场景下避撞的优越性。 本文提出了漂移掉头的避撞方法，设计了轨迹规划和跟踪算法。通过仿真及实车试验，表明该方法可在给定条件下规划并跟踪较为极限的避撞轨迹，这在一定程度上提高了乘用车在避撞空间狭小、存在多障碍物的动态场景中的避撞能力。该方法有望为自动紧急避撞系统和高机动车辆控制算法的开发提供理论依据和参考借鉴。 |
| 作者： | 林思远 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 李道飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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