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原文传递基于状态估计方法的车辆主动避撞控制策略研究

论文题名：	基于状态估计方法的车辆主动避撞控制策略研究
关键词：	汽车高级驾驶辅助系统;主动避撞系统;控制策略;状态估计;预警机制
摘要：	伴随着车辆智能化的提高，车辆主动安全技术越发完善，人们也逐步提高了对车辆智能化的接受度和期望。车辆主动避撞作为车辆高级驾驶辅助系统的核心技术，其避撞效果主要依赖感知系统的精度以及汽车辅助系统的装配率。在不高的汽车高级辅助系统装配率下，感知系统获取信息较少，使用状态估计算法能够获取车辆状态信息，间接提高车辆的感知精度和控制精度。　　本文设计了车辆主动避撞系统，估计了车辆状态和路面附着系数，考虑车辆在不同路面上的制动策略，应用基于V2X技术的横纵向预警，并对基于驾驶员舒适性的横纵向联合避撞进行研究，进行了联合仿真实验，主要研究内容如下：　　（1）建立了基于车辆状态和路面附着系数估计方法的主动避撞系统总体框架。根据主动避撞系统的功能和原理，确定了避撞系统中获取车辆状态信息的方法，考虑横纵两个方向实现车辆主动避撞预警，使用分层控制结构，上层决策获取期望加速度和轨迹，下层获取车辆节气门、制动压力和方向盘转角实现车辆主动避撞控制。　　（2）建立主动避撞算法中的车辆状态估计和路面附着系数估计模块。轮胎模型和车辆四自由度动力学模型是估计模块的基础模型，通过仿真对比Pacejka轮胎模型、改进的Pacejka轮胎模型和Dugoff轮胎模型三种轮胎模型之间的力学特性，选取最适合的轮胎模型。基于双容积卡尔曼滤波配合轮胎模型和车辆动力学模型估计车辆状态和路面附着系数，四个车轮在固定路面和变路面上的平均附着系数估计精误差均小于9%，容积卡尔曼滤波的估计精度误差比扩展卡尔曼滤波小6%。　　（3）搭建了主动避撞系统中的预警系统和控制策略两个模块。在预警系统中，考虑传统传感器的感知盲区并使用V2X技术解决此问题，实现环境车辆的全状态观测，根据车辆V2X通信，配合模糊控制算法获取环境车辆方向盘转角和车辆方位角判断车辆危险性。在控制决策模块中，考虑不同路面的车辆主动避撞的控制策略，将路面附着系数融入安全距离模型中，在考虑驾驶员的驾驶特性的基础上设定车辆预警和制动的阈值并拓展为便于分级制动预警决策，应用三次多项式优化分级制动导致的加速度剧烈变化。通过对不同路面、换道距离和车速的仿真分析得到车辆保持车辆稳定性的最小换道距离。结合车辆的横纵向预警和控制决策，使用横纵向融合避撞，通过转向过程中对车辆进行小幅度制动，缩小车辆的换道距离，保证了驾驶安全性和舒适性。　　（4）设计车辆主动避撞控制系统的横向和纵向控制器。纵向控制器使用PID算法以车辆的期望加速度为输入，通过车辆逆动力学模型和节气门开度特性曲线计算车辆的期望节气门开度，实现车辆的纵向控制；横向控制器使用模型预测理论，在建立二自由度车辆模型基础上，通过滚动优化实现对未来状态的预测，计算出车辆的方向盘转角，作为车辆横向控制的输入。　　（5）搭建基于Prescan、Carsim和Simulink的车辆主动避撞系统联合仿真平台，进行联合仿真实验。建立CCRs、CCRm和CCRb场景和前车切入场景，验证主动避撞控制策略的有效性，仿真结果表明本文的主动避撞算法能够根据车辆的危险状态进行预警，且做出合理的换道或制动操作。车辆横向跟随误差均在15%以内，车辆纵向制动过程中使用了多级制动减速度，分别为3m/s2和7.5m/s2，该系统在保障了乘员的安全性的前提下，一定程度上保证了乘员的舒适性。
作者：	赵瑞
专业：	工程(车辆工程)
导师：	李文礼;王戡
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022