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原文传递智能网联汽车全向避撞及其控制研究

论文题名：	智能网联汽车全向避撞及其控制研究
关键词：	智能网联汽车;主动避撞系统;风险评估;模型预测控制
摘要：	汽车碰撞是交通事故中导致人员伤亡和直接财产损失的主要因素。在众多保障汽车行驶安全的系统中，汽车主动避撞系统能在碰撞发生前给出警报，在无需驾驶员操作的情况下可自行采取制动和转向措施，从而大大减轻碰撞的程度，甚至完全避免事故，能有效保护乘客与驾驶员的安全。车联网技术的快速发展，使得汽车能够实时获取其周围的相关信息，进而可以实现汽车风险的实时评估，为汽车主动避撞系统提供了新的风险决策方法。目前汽车主动避撞系统主要依靠汽车制动来实现避撞，避撞方式单一，当两车相对距离达不到制动距离要求时，仅依靠制动避撞发生碰撞的概率较大，此时汽车需要通过转向进行避撞。因此，开展多因素汽车主动全向避撞系统的风险评估建模和控制方法研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。　　首先，鉴于汽车主动避撞对控制算法的实时性要求较高，而过于复杂的动力学模型会使控制算法的实时性变差。故分别建立了2自由度汽车动力学模型以及点质量动力学模型，通过与CarSim的多自由度动力学模型进行对比，验证了所建汽车动力学模型有效性，为后续汽车侧向避撞系统的设计奠定了基础。　　其次，将行车风险用场力进行量化，考虑到汽车行驶是“人—车—路”相互耦合的过程，故将行车影响因子加入等效力模型中，得到改进等效力风险评估模型，并与THW模型进行对比实验，验证了改进等效力风险评估模型的正确性。汽车纵向避撞上层控制器，通过改进等效力风险评估模型计算出的等效力数值与安全值进行比较得出期望速度，将该速度输入至上层的模型预测控制器，对实际车速与期望速度进行比较，输出期望加速度。下层控制器对期望加速度进行逻辑判断，并采用PID控制汽车的节气门开度以及制动主缸压力，从而实现对汽车纵向避撞的控制。通过与无控制系统进行避撞效果对比实验，验证了该控制系统的正确性。　　再次，根据汽车行驶时驾驶员的视野角度随速度增加而变窄的情况，将驾驶员的视野视为椭圆，建立了汽车椭圆弹簧风险评估模型。以汽车受到的弹力，作为汽车侧向避撞上层轨迹规划控制器的优化目标，上层轨迹规划控制器规划出满足点质量汽车动力学约束的期望避撞轨迹。下层轨迹跟踪控制器将得到期望避撞轨迹，利用线性时变模型预测控制算法求解满足目标函数以及2自由度汽车动力学约束条件的优化解，得到轨迹跟踪控制所需要的前轮转角，并将其作用于前轮转向执行机构，从而实现对期望避撞轨迹的跟踪。通过与传统的避撞模型进行对比实验，验证了汽车椭圆弹簧风险评估模型以及控制系统的正确性。　　最后，采用MATLAB/Simulink搭建了含改进等效力风险评估模型、汽车椭圆弹簧风险评估模型的纵向避撞上下层控制系统、侧向避撞上下层控制系统，利用CarSim搭建了汽车纵向避撞仿真场景、侧向避撞仿真场景。通过联合仿真，验证了汽车纵向与侧向主动避撞系统的有效性。
作者：	谭子坤
专业：	车辆工程
导师：	朱孙科
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022