一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107878453A(43)申请公布日2018.04.06(21)申请号201711081210.8(22)申请日2017.11.07(71)申请人长春工业大学地址130012吉林省长春市延安大街2055(72)发明人李绍松李政卢晓晖郑顺航于志新杨士通韩玲郭陆平王国栋吴晓东(51)Int.Cl.B60W30/09(2012.01)B60W30/095(2012.01)B60W10/18(2012.01)B60W10/20(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图4页(54)发明名称一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法(57)摘要本发明涉及一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法，其特征在于，该方法是利用路径动态规划与实时跟踪控制模块，根据实时采集的障碍物信息、目标点坐标、汽车行驶状态信息，实时优化得出汽车的前轮转角和四个车轮滑移率，进而控制汽车实现避撞；其中，障碍物信息包括由雷达传感器测量获得的障碍物外形轮廓的离散点坐标，汽车行驶状态信息包括由车速传感器测量获得的汽车纵向速度和侧向速度以及由陀螺仪测量获得的横摆角速度；在控制避撞过程中，通过电动助力转向（ElectricPowerSteering，EPS）力矩补偿模块根据车速、前轮附加转角，确定力矩补偿控制增益，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现人机和谐的汽车紧急避撞。CN107878453ACN107878453A权利要求书1/5页1.一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法，其特征在于，该方法是利用路径动态规划与实时跟踪控制模块，根据实时采集的障碍物信息、目标点坐标、汽车行驶状态信息，实时优化得出汽车的前轮转角和四个车轮滑移率，进而控制汽车实现避撞；其中，障碍物信息包括由雷达传感器测量获得的障碍物外形轮廓的离散点坐标，汽车行驶状态信息包括由车速传感器测量获得的汽车纵向速度和侧向速度以及由陀螺仪测量获得的横摆角速度；在控制避撞过程中，通过EPS力矩补偿模块根据车速、前轮附加转角，确定力矩补偿控制增益，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现人机和谐的汽车紧急避撞；该方法包括以下步骤：步骤1、汽车紧急避撞控制的性能指标设计过程包括如下子步骤：步骤1.1、用预测时域内预测轨迹的终点坐标与目标点坐标误差的二范数作为跟踪性能指标，体现汽车的轨迹跟踪特性，其表达式如下：其中，Hp为预测时域，(Xt+Hp,Yt+Hp)为预测时域内预测轨迹的终点坐标，由汽车模型迭代获得，避撞时汽车要达到的目标点坐标(Xg,Yg)；所述汽车动力学模型为：Fxi＝fxicos(δi)-fyisin(δi),i∈{1,2,3,4}(15)Fyi＝fxisin(δi)+fyicos(δi),i∈{1,2,3,4}(16)其中，Fxi、Fyi分别为四个车轮沿着车身坐标方向的纵向分力与侧向分力；fxi、fyi分别为四个车轮沿车轮坐标方向的分力，其中fxi为四个车轮滑移率和车轮垂直载荷的函数，fyi为前轮转角和车轮垂直载荷的函数，具体数值可由魔术公式确定；分别为汽车纵向速度和纵向加速度；分别为汽车侧向速度和侧向加速度；分别为汽车横摆角、横摆角速度和横摆角加速度；lf、lr分别为汽车质心到前、后轴的距离，ls为轮距大小的一半；Jz为绕过汽车质心的铅垂轴的横摆转动惯量；M为汽车质量；X、Y分别为大地坐标系中汽车质心位置的横纵坐标；δi为四个车轮转角，这里汽车为前轮转向，故δ3＝δ4＝0；所述魔术公式的参数由实验拟合得出，具体表达式如下：2CN107878453A权利要求书2/5页3CN107878453A权利要求书3/5页其中，V为当前汽车纵向速度；αf、αr分别为前轮侧偏角和后轮侧偏角；Fz,f、Fz,r分别为汽车前、后轴载荷；si为汽车四个车轮滑移率；Axi、Bxi、Cxi、Dxi、Exi和Ayi、Byi、Cyi、Dyi、Eyi为实验拟合参数，具体参数由下表所示：表3魔术公式参数a0a1a2a3a4a5a61.750100012897.110.00530.1925b0b1b2b3b4b5b6b7b81.57351200603000.17000.2步骤1.2、用控制量变化率的二范数作为转向制动平滑指标，体现避撞过程中的执行器的转向制动平滑特性，控制量u为汽车前轮转角δ和汽车四个车轮滑移率sii∈{1,2,3,4}，建立离散二次型转向制动平滑指标为：其中，Hc为控制时域，t表示当前时刻，Δu为控制量变化率，w为Δu的权重系数；步骤2、考虑运动障碍物的汽车紧急避撞控制的约束设计过程包括如下子步骤：步骤2.1、设置执行器物理约束，满足执行器要求；利用线性不等式限制前轮转角和四个车轮滑移率的上下限，分别得到转向、制动执行器的物理