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基于hp自适应伪谱法的智能汽车紧急变道轨迹规划与优化

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中国公路学报 2019年第6期32卷 71-78页

作者：江浩斌施凯津华一丁陈龙江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

为了提高智能汽车紧急变道轨迹规划的实时性和适应性,将紧急变道过程分为初始阶段和跟踪阶段,初始阶段的轨迹由优秀驾驶人紧急变道模型产生,跟踪阶段的轨迹采用Sigmoid函数规划出紧急避让路径。首先通过聚类分析处理优秀驾驶人转向操作... 详细信息

为了提高智能汽车紧急变道轨迹规划的实时性和适应性,将紧急变道过程分为初始阶段和跟踪阶段,初始阶段的轨迹由优秀驾驶人紧急变道模型产生,跟踪阶段的轨迹采用Sigmoid函数规划出紧急避让路径。首先通过聚类分析处理优秀驾驶人转向操作的实车试验数据,拟合得出紧急变道过程中的方向盘转角随时间的关系(即驾驶人紧急变道模型),作为智能汽车在紧急变道初始阶段不同速度下车辆控制的输入量。然后通过建立与求解约束方程,满足避撞约束、侧向位移约束以及最大侧向加速度约束.得出Sigmoid函数表达式,作为智能汽车在紧急变道过程跟踪阶段的参考路径。最后利用hp自适应伪谱法加入切换点的物理量约束,逼近全局正交多项式的状态量和控制量,自动调整和处理2个阶段的切换点位置和衔接问题.以最小变道距离为目标对跟踪阶段的变道轨迹进行优化。运用PreScan与MATLAB对4种不同工况下的紧急变道轨迹规划进行联合仿真。结果表明:提出的轨迹规划与优化方法在满足各项约束的情况下成功避开障碍物,同时缩短了需要优化的轨迹,优化时间都小于0.9s,并且与基于多项式函数轨迹规划方法相比,该方法能够以距障碍物较远的距离避开障碍物,在不同的车辆速度、道路曲率和障碍物宽度的复杂工况下具有更好的适应性。

关键词：汽车工程紧急变道 hp自适应伪谱法轨迹规划与优化智能汽车驾驶人模型 Sigmoid函数切换点

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车辆紧急变道避撞安全距离建模与仿真研究

机械设计与制造 2016年第2期 17-20页

作者：刘存星魏民祥顾亮北京理工大学机械与车辆学院北京100081 南京航空航天大学车辆工程系江苏南京210016

针对当前汽车避撞控制方法采用制动操作导致的交通效率低下问题,进行了基于变道策略的紧急避撞研究。首先选取了较优变道轨迹模型,并对变道操作前是否应利用最大强度制动调整速度进行了讨论,在此基础上建立了安全距离模型。之后利用Car... 详细信息

针对当前汽车避撞控制方法采用制动操作导致的交通效率低下问题,进行了基于变道策略的紧急避撞研究。首先选取了较优变道轨迹模型,并对变道操作前是否应利用最大强度制动调整速度进行了讨论,在此基础上建立了安全距离模型。之后利用Carsim与Simulink搭建了联合仿真平台,同时应用模糊PID控制器,实现了闭环反馈控制。80km/h、100km/h、120km/h三种速度情况下的联合仿真结果表明,采用变道操作能够缩短安全距离,同时仿真轨迹与理想轨迹基本重合,说明所建立的安全距离模型准确有效。

关键词： Carsim 紧急变道避撞安全距离

面向紧急变道行为的智能车横纵向协同控制研究

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面向紧急变道行为的智能车横纵向协同控制研究

作者：王珊珊江苏大学

学位级别：硕士

随着智能化、网联化、共享化和电动化“新四化”技术的迅猛发展,具有信息交互、协同控制能力的智能车已成为智能交通领域的重要研究热点。智能车高度自主性的特点有利于提升车辆的被控性能,尤其在针对快速增长的交通量所导致的交通安全... 详细信息

随着智能化、网联化、共享化和电动化“新四化”技术的迅猛发展,具有信息交互、协同控制能力的智能车已成为智能交通领域的重要研究热点。智能车高度自主性的特点有利于提升车辆的被控性能,尤其在针对快速增长的交通量所导致的交通安全问题时,能够为紧急协同避撞系统的改善提供新的机遇。但当前紧急协同避撞系统的研究未考虑交通场景约束、控制安全性约束与控制稳定性约束的影响,无法有效应对未来混行交通环境的难预测性所引发的新的风险,如车辆紧急变道等极具突发性、低可控性的行为所造成的连环碰撞事故。智能车协同避撞控制势必面临着一系列挑战:缺乏复杂冲突场景下的多车横纵向协同避撞控制方法;未能严格保证多车协同控制的安全性;难以协调避撞控制与稳定性需求间的矛盾。因此,本文依托国家自然科学基金“基于Multi-agent和驾驶行为的汽车追尾预警模型研究(51108209)”和江苏省自然科学研究重大项目“车联网环境下行车主动服务系统MAS建模与仿真(18KJA580002)”,以紧急变道场景下多智能车为研究对象,提出多车横纵向协同控制方法,为无人驾驶安全、稳定避险技术的发展提供了理论基础。主要研究内容有:(1)针对网联混行环境中变曲率车道智能车紧急变道场景,建立了融合模型预测控制和虚拟冲突场的紧急横纵向协同避撞控制模型(Model Predictive Control and Conflict Artificial Potential Field,MPC-CAPF)。模型包含基于模型预测控制的速度协同自适应预控制器以及基于虚拟冲突场的瞬态紧急避撞模型,前者提前调整两车速度,实现侧车越线前的协同预控制;后者借助势场力完成瞬态协同避撞,二者结合实现两阶段协同避撞。通过仿真实验证明,相比传统避撞模型,MPC-CAPF模型可提前3s完成避撞,且在预控制作用下显著提升避撞安全性。(2)针对智能车在紧急避撞中产生极端转向操纵,使得车辆状态失稳的问题。提出一种基于动态稳定域的线性参数时变(Line Parameter Varying,LPV)/H横纵向稳定协同控制方法。该方法通过包含动态裕度的闭合稳定域分析极限工况下车辆稳定程度,并基于动态稳定域设计横纵向稳定协同控制策略与横纵向稳定协同控制器,提升智能车在危险工况下的操纵稳定性。最后,利用高速低附着双移线工况仿真场景验证极端操纵下的车辆稳态控制性能,所提方法可满足极端转向过程中的操纵稳定性、鲁棒性需求。(3)针对智能车避撞转矩分配过程中难以同时保证横纵向稳定性与避撞操纵问题,设计了综合横纵向稳定的避撞转矩协调分配框架。通过多车协同路面辨识算法获取路面关键参数,并结合滑模控制理论设计路面纵向力约束模型;同时设计基于最优滑移率的避撞转矩协调分配策略,以满足车辆转向、制动性能及横纵向稳定性。最后,通过CarSim/Simulink联合仿真验证了避撞转矩策略,在复杂低附着系数路面下横纵向稳定性提升,且避撞操纵可控,满足预期控制效果。综上,本文从“协同避撞—稳态控制—转矩分配”三个层面,针对现有智能车主动安全控制方法的应用场景局限、避撞技术不足、无法均衡操纵性和横纵向稳定性的需求等问题,进一步提升智能车横纵向协同控制方法在紧急变道场景下的安全性、有效性和高效性,为智能车危险场景下主动安全控制提供理论支撑和应用保障。

关键词：智能车辆控制紧急变道多车协同避撞横纵向稳定协同控制转矩协调分配交通安全

智能汽车紧急变道避障轨迹规划与控制方法研究

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智能汽车紧急变道避障轨迹规划与控制方法研究

作者：施凯津江苏大学

学位级别：硕士

随着新一代信息技术、传感器、智能控制等高新技术与汽车工业的快速融合,智能汽车技术已成为当今世界汽车工程领域的研究热点之一。车辆运动规划与控制方法作为智能汽车的关键技术,对智能汽车能否安全、通畅、迅速的在道路中行驶具有决... 详细信息

随着新一代信息技术、传感器、智能控制等高新技术与汽车工业的快速融合,智能汽车技术已成为当今世界汽车工程领域的研究热点之一。车辆运动规划与控制方法作为智能汽车的关键技术,对智能汽车能否安全、通畅、迅速的在道路中行驶具有决定作用,深受国内外科研人员的关注。在紧急情形下,现有车辆运动规划与控制方法的研究存在不能兼顾实时性和适应性要求的问题。为解决目前紧急变道避障轨迹规划与跟踪控制方法存在的问题,本文将紧急变道轨迹进行分段规划,研究基于hp自适应伪谱法的轨迹衔接与优化方法和基于自抗扰控制的轨迹跟踪方法,以提高在紧急情形下运动轨迹规划与跟踪方法的实时性和适应性。本文主要从分段轨迹规划方法、分段轨迹衔接与优化方法和轨迹跟踪控制方法三个方面开展研究,并通过搭建半实物试验平台来验证本文设计的紧急变道避障轨迹规划与控制方法的可行性和有效性。首先,研究了分段轨迹规划方法。将紧急变道避障过程分为初始阶段和跟踪阶段,针对紧急转向工况开展真实道路试验,利用聚类分析方法处理优秀驾驶员在实车试验中的转向操作数据,拟合得出紧急变道过程中的方向盘转角随时间的关系即优秀驾驶员紧急变道模型,作为车辆跟踪初始阶段轨迹的输入量。通过建立与求解约束方程,得出Sigmoid函数的表达式,作为跟踪阶段的参考轨迹。其次,研究了分段轨迹衔接与优化方法。利用hp自适应伪谱法对紧急变道避障轨迹的初始阶段与跟踪阶段进行衔接,并优化设计跟踪阶段的轨迹,以得到符合优化目标和各类约束条件的紧急变道避障轨迹。通过PreScan与Matlab软件联合仿真,验证该方法的有效性以及避障轨迹规划方法的适应性。然后,研究了轨迹跟踪控制方法。针对紧急变道避障轨迹跟踪控制方法的实时性和适应性要求,设基于曲率和自抗扰控制方法的轨迹跟踪控制器。通过稳态横摆角速度增益获得前馈输入,利用期望轨迹曲率和当前行驶轨迹的曲率差获得反馈补偿,对紧急变道避障轨迹进行复合跟踪控制。通过仿真试验,验证设计的轨迹跟踪器的良好效果。最后,搭建以智能小车为核心的半实物试验平台,对分段轨迹规划算法与轨迹跟踪控制算法进行验证。通过设置不同场景的紧急工况,验证本文提出的紧急避障轨迹规划与控制方法的有效性和适应性。

关键词：智能汽车紧急变道分段轨迹规划与优化轨迹跟踪自抗扰控制

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基于自然驾驶数据的驾驶员紧急转向变道模型

同济大学学报（自然科学版） 2019年第11期47卷 1618-1625页

作者：吴斌朱西产沈剑平同济大学汽车学院上海201804 国家机动车产品质量监督检验中心(上海) 上海201805

提出了一种以驾驶员转向目标瞄点为核心的、面向操纵层的驾驶员紧急转向变道的模型建立方法.基于驾驶员紧急变道的阶段特征,提出了驾驶员紧急变道侧向运动轨迹的规划方法,并结合远近目标点理论分析方法,分阶段建立了驾驶员转向变道工况... 详细信息

提出了一种以驾驶员转向目标瞄点为核心的、面向操纵层的驾驶员紧急转向变道的模型建立方法.基于驾驶员紧急变道的阶段特征,提出了驾驶员紧急变道侧向运动轨迹的规划方法,并结合远近目标点理论分析方法,分阶段建立了驾驶员转向变道工况的驾驶员转向模型.对紧急转向变道中避撞、侧移和稳定阶段的增益因子的分布特征进行了研究,模型能够真实地预测自然驾驶中的紧急转向变道行为.

关键词：自然驾驶行为紧急变道转向驾驶模型

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自然驾驶工况的驾驶员紧急转向变道行为

同济大学学报（自然科学版） 2017年第4期45卷 554-561页

作者：吴斌朱西产沈剑平李霖同济大学汽车学院上海201804 国家机动车产品质量监督检验中心(上海) 上海201805 上海国际汽车城(集团)有限公司上海201804

基于中国自然驾驶工况数据,提出了紧急工况下驾驶员转向变道行为的特征规律.分析了紧急转向变道避撞、侧移和稳定阶段的驾驶员转向特征,研究了转向持续时间、方向盘转速和转角的线性关系,定义了用高斯函数拟合的转向基元来表征各阶段的... 详细信息

基于中国自然驾驶工况数据,提出了紧急工况下驾驶员转向变道行为的特征规律.分析了紧急转向变道避撞、侧移和稳定阶段的驾驶员转向特征,研究了转向持续时间、方向盘转速和转角的线性关系,定义了用高斯函数拟合的转向基元来表征各阶段的转向行为.研究结果表明,转向基元表征了驾驶员转向行为的一般特征,单个转向基元的方向盘最高转速和转角变化线性相关,持续时间恒定,符合人体行为学中趋向行为(reaching behavior)的特征规律.驾驶员的紧急转向变道行为是由多个转向基元组合而成,每个转向基元都是一个开环模型,可通过方向盘最高转速预判驾驶员的转向行为.

关键词：自然驾驶工况紧急变道转向驾驶行为