一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115534938A(43)申请公布日2022.12.30(21)申请号202211371094.4(22)申请日2022.11.03(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人袁朝春林勇峰何友国张厚忠孙晓强陈龙蔡英凤袁雨琪(74)专利代理机构南京智造力知识产权代理有限公司32382专利代理师王军丽(51)Int.Cl.B60W30/09(2012.01)B60W50/00(2006.01)B60W60/00(2020.01)权利要求书8页说明书11页附图3页(54)发明名称一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法及系统(57)摘要本发明公开了一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法及系统，属于人机共驾行驶安全技术领域，本发明充分考虑了与障碍物距离、路面附着系数、自车速度、方向盘应激转角和驾驶员线性转向认知，采用圆弧换道路径并在曲率突变处进行平滑处理；根据车辆紧急工况应激转向过程中状态量的变化及约束设计模型预测控制算法，计算出保证车辆跟踪精度和安全性的附加横摆力矩并按各轮载荷比例合理分配；通过控制各轮制动力来对驾驶人强制接管时的不合理输入进行有效补偿，解决了现有避撞控制方法存在的加剧驾驶人紧张心理的问题，实现了辅助驾驶人在紧急工况下强制接管控制并应激性过度转向时进行安全可靠的避撞。CN115534938ACN115534938A权利要求书1/8页1.一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取车辆自身信息，包括自车速度和方向盘转角信息；步骤2：获取与障碍物距离和路面附着系数信息；步骤3：计算出满足空间约束的改进圆弧换道避撞路径轨迹；步骤4：通过模型预测控制算法计算出避撞路径轨迹跟踪所需的附加横摆力矩，并将附加横摆力矩分配给车辆四个车轮；步骤5：通过控制各车轮的制动力来跟踪避撞路径轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，步骤1中所述的自车速度是通过车速传感器获取，方向盘转角是通过转角传感器获取。3.根据权利要求1所述的一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，步骤2的实现包括：通过摄像头采集行驶过程中前方和两侧的实时图像，获取障碍物或道路护栏的图形信息，同时采集前方路面图像信息，提取其纹理和颜色特征，预测前方路面属性类型，获取路面附着系数。4.根据权利要求1所述的一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，步骤2的实现还包括：通过毫米波雷达探测车辆与前方障碍物的相对距离和相对速度。5.根据权利要求1所述的一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，所述步骤3的实现包括：根据方向盘转角信息、车速信息、路面附着系数和障碍物距离信息，，设计满足空间约束的圆弧换道避撞路径：设O点坐标为(xM,yM)，O1点坐标为(xM,y1)，O2点坐标为(xM,y2)，则P1点坐标为(xM+DL+DLa,yM)，P2点坐标为(xM+DL+DLa,yM+B)，Q1点坐标为(xM+DL+DLa+DMF,yM+B)，Q2点坐标为(xQ2,yM+B+DB)，其中，B为车身宽度；DB为车身左侧到护栏的距离；DL为汽车轴距；DLa为汽车前悬；DMF为自车M到前车F之间的纵向距离；圆弧P1_Q1满足的关系如下：其中，将P1点和Q1点坐标代入计算即可得到圆弧P1_Q1的方程；圆弧P2_Q2满足的关系如下：其中，R2＝Rmin‑B，Rmin为自车M最小转弯半径，将P2点和Q2点坐标代入计算即可得到圆弧P2_Q2的方程；计算汽车转向半径Rm、横摆角速度ω和横摆角速度上限ωmax：2CN115534938A权利要求书2/8页式中，L为汽车轴距；δf为与方向盘转角成一定比例的前轮转角，v表示车速，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；以汽车转向半径计算汽车是否有与障碍物或护栏碰撞的风险，若无风险，则继续进行转向换道；否则，考虑驾驶人的线性转向认知，采取理想圆弧的换道路径，计算紧急转向圆弧换道避撞路径的半径R，设计出满足空间约束的圆弧换道路径轨迹，并对存在曲率突变的两段圆弧相接处进行平滑处理，平滑处理所采用的是三阶贝塞尔曲线，其曲线方程为：3223B(t)＝P0(1‑t)+3P1t(1‑t)+3P2t(1‑t)+P3t,t∈[0,1]。6.根据权利要求5所述的一种基于附加横摆力矩的人机共驾汽车紧急避撞控制方法，其特征在于，步骤3还包括：对存在曲率突变的两段圆弧相接处进行平滑处理，平滑处理所采用的是三阶贝塞尔曲线，其曲线方程为：3223B(t)＝P0(1‑t)+3P1t(1‑t)+3P2t(1‑t