极限动态工况下的车辆紧急避撞算法研究
提高行车安全性,减少交通事故的危害在当今社会具有重要意义,而车辆自动紧急避碰系统可以帮助主要车辆避免或减少交通事故,对提高行车安全性有很大帮助。传统车辆紧急避碰系统的设计原则往往比较保守,这在一定程度上限制了车辆的操纵潜力。在一些极端的事故场景中,赛车漂移技术的应用有助于挖掘车辆的移动潜力,避免不可避免的碰撞,从而减少事故造成的伤害。本课题的研究目标是将漂移技术应用于客车主动紧急避碰算法中,扩展客车在极端动态条件下的避碰能力。研究工作分为两部分:避碰轨迹规划决策算法和轨迹跟踪算法。本文首先阐述了避碰轨迹的规划算法。针对常见的冲突场景,总结了三种常用的紧急避碰方法,提出了一种基于漂移技术的掉头避碰方法。通过建立主车动力学模型,提出了基于最优控制框架的避碰方法的轨迹规划算法。结合场景中动态障碍物的运动预测和主车动态特性的建模,分析了四种避碰方法的能力限制,总结了避碰决策逻辑。在这个本文对上述规划算法进行了仿真分析。结果表明,在前三种常用避碰方法失效的极限情况下,漂移掉头避碰方法仍能实现一定的避碰功能。然后,针对所提出的漂移掉头避碰方法规划的轨迹,设计了一种跟踪控制算法。由于漂移掉头过程结合了驱动、制动和转向三个操作,且车辆在该过程中处于强非线性状态,一般线性系统的控制器难以跟踪轨迹。本文设计了基于非线性模型预测控制和反馈线性化的跟踪控制算法,并通过联合仿真验证了控制性能。最后,针对上述规划轨迹,本文采用基于反馈线性化设计的跟踪控制算法对实车道路进行了验证。结果表明,该控制算法能较好地跟踪规划轨迹,验证了漂移掉头模式在极端情况下避碰的优越性。本文提出了漂移和掉头的避碰方法,并设计了轨迹规划和跟踪算法。仿真和实车试验表明,该方法能够在给定条件下规划和跟踪更极端的避碰轨迹,在一定程度上提高了客车在避碰空间狭窄、多障碍物动态场景中的避碰能力。该方法有望为自动紧急避碰系统和高性能汽车控制算法的开发提供理论依据和参考。