一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞分层式控制方法.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CN107867290A(43)申请公布日2018.04.03(21)申请号201711081087.X(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)发明人李绍松王国栋卢晓晖郑顺航张邦成崔高健于志新郭陆平李政(51)Int.Cl.B60W30/08(2012.01)B60W30/095(2012.01)G05D1/02(2006.01)权利要求书6页说明书14页附图2页(54)发明名称一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞分层式控制方法(57)摘要本发明涉及一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞分层式控制方法，其特征在于，该方法是：通过路径动态规划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，实时优化得出期望轨迹的侧向位移参考值、横摆角参考值、横摆角速度参考值、纵向速度参考值，输入到路径跟踪控制模块，同时通过路径跟踪控制模块采集当前汽车行驶状态信息，实时优化得出前轮转角和汽车四个车轮滑移率，控制汽车实现避撞。CN107867290ACN107867290A权利要求书1/6页1.一种考虑运动障碍物的汽车紧急避撞分层式控制方法，其特征在于，该方法是：通过路径动态规划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，实时优化得出期望轨迹的侧向位移参考值、横摆角参考值、横摆角速度参考值、纵向速度参考值，输入到路径跟踪控制模块，同时通过路径跟踪控制模块采集当前汽车行驶状态信息，实时优化得出前轮转角和汽车四个车轮滑移率，控制汽车实现避撞；该方法包括如下步骤：步骤1、路径动态规划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，实时优化得出期望轨迹的侧向位移参考值、横摆角参考值、横摆角速度参考值、纵向速度参考值，其包括如下子步骤：步骤1.1、路径动态规划的性能指标设计过程包括如下子步骤：步骤1.1.1、利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，h为路径动态规划模块的预测时域，(Xt+Hp，h,Yt+Hp，h)为预测时域内预测轨迹的终点坐标，由质点模型迭代获得，避撞时汽车要达到的目标点坐标(Xg,Yg)；所述质点模型为：其中，ay为汽车侧向加速度；为汽车纵向加速度；分别为横摆角和横摆角速度；分别为大地坐标系中汽车质心的纵向速度和侧向速度；V为当前汽车纵向速度；步骤1.1.2、利用侧向加速度的二范数作为避撞过程中的汽车安全指标，体现汽车避撞稳定性，建立离散二次型汽车安全指标为：其中，Hc，h为路径动态规划模块的控制时域，t表示当前时刻，ay为质点模型的侧向加速度，w1为ay的权重系数；步骤1.2、路径动态规划的约束设计过程包括如下子步骤：步骤1.2.1、设置汽车稳定性约束，保障汽车避障安全；利用线性不等式限制侧向加速度的上下限得到汽车稳定性约束，其数学表达式为：|ayk,t|＜μgk＝t,t+1……t+Hc,h-1(3)其中，μ为路面附着系数，g为重力加速度；步骤1.2.2、设置位置约束，保证避撞过程中不会与障碍物碰撞；t时刻障碍物的位置信息可表征为N个离散点的集合，这些信息可由雷达传感器测量获得，其中第j个离散点的坐标表示为(Xj,t,Yj,t)，t时刻的汽车质心坐标记为(Xk,t,Yk,t)，可由2CN107867290A权利要求书2/6页汽车动力学模型计算得出，位置约束定为其中，a为汽车质心到车头的距离，b为汽车质心到车尾的距离，c为汽车车宽的一半，为以t时刻为起点预测时域内k时刻汽车的横摆角，Dx,j,t为障碍物第j个离散点在汽车坐标系中到汽车质心的纵向距离，Dy,j,t为障碍物第j个离散点在汽车坐标系中到汽车质心的横向距离；假定在预测时域内障碍物沿Y方向以恒定速度运动，公式(5)表征了汽车与障碍物N个离散点的接近程度，l值越大，说明汽车与障碍物对应离散点的距离越接近，也就越危险；定义t时刻l值最大的障碍物离散点j为当前采样周期内的危险点，记为(Xj,t,Yj,t)，在预测时域内基于此危险点对障碍物运动进行预测，迭代关系表示为：其中，(Xj,t-1,Yj,t-1)为危险点在t-1时刻的坐标；(Xj,k,Yj,k)为预测时域内k时刻危险点的坐标；通过迭代的方式更新公式(5)中的障碍物离散点坐标，在预测时域内将障碍物的位置变化整合为模型预测控制算法的位置约束；步骤1.3、构建路径动态规划多目标优化控制问题，求解多目标优化控制问题，进而求出横摆角速度参考值、横摆角参考值、侧向位移参考值和纵向速度参考值，其包括如下子步骤：步骤1.3.1、通过雷达传感器获取障碍物信息，通过车速传感器和陀螺仪获取汽车行驶状态