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基于路面附着系数估计的汽车主动换道避撞技术研究
| 论文题名： | 基于路面附着系数估计的汽车主动换道避撞技术研究 |
| 关键词： | 换道避撞;路面附着系数;路径规划;目标跟踪;模型预测控制 |
| 摘要： | 主动换道避撞是一种汽车主动安全技术，当汽车在高速或低附着路面工况下，其所需的安全距离往往小于纵向制动避撞。因此在紧急情况下，通过主动换道仍有可能避免事故发生。路面附着条件对汽车换道避撞过程有较大影响，本论文主要对考虑路面附着系数的汽车主动换道避撞技术展开研究，具体研究内容如下： （1）建立七自由度汽车动力学模型，对不同的轮胎模型进行对比分析，选择Dugoff模型描述汽车轮胎的运动特性并根据该模型计算归一化轮胎力。根据汽车动力学模型建立无迹卡尔曼滤波的状态方程和测量方程，估计汽车行驶过程中的轮胎力。然后将轮胎力与归一化轮胎力分别作为带遗忘因子递推最小二乘法的输出与输入，实现汽车行驶道路的路面附着系数估计。 （2）对比分析不同的换道避撞路径规划方法，选择五次多项式进行换道避撞路径规划。考虑到汽车行驶道路的多样性，分别对直道、弯道换道避撞过程进行分析，并将弯道换道避撞运动分解为圆周运动和沿道路中心的向心直线运动。根据估计得到的路面附着系数，对汽车直道、弯道换道避撞过程中的最大侧向加速度进行限制，从而根据不同路面条件规划出不同的换道避撞路径。然后分别对直道、弯道的换道避撞场景进行分析并建立安全距离模型，确定汽车初始换道时刻。 （3）根据模型预测控制基本原理建立路径跟踪控制器。为降低运算量，将汽车七自由度动力学模型进一步简化为三自由度模型，接着将动力学模型进行线性化与离散化。以前轮转角作为控制量设计目标函数并添加对控制量与控制增量的约束条件，将目标函数转换为二次规划问题求解，通过双移线工况验证路径跟踪控制器的有效性。 （4）搭建Carsim/Simulink联合仿真平台，分别在高、中、低三种附着路面工况下对直道、弯道的主动换道避撞过程进行仿真分析。仿真结果表明，基于路面附着系数估计的主动换道避撞可以使汽车在不同路面附着条件下成功实现换道避撞，提高汽车安全性。 |
| 作者： | 应永乐 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 高强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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