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机械设计 2021年第12期38卷 81-88页

作者：张开美张蕾董恩国天津职业技术师范大学汽车与交通学院天津300222

为了提高车辆横向主动避撞的避撞效果和稳定性,提出了一种基于线性时变模型预测控制算法(Linear Time Varging Model Predictive Control, LTV MPC)的分层避撞控制方法。上层轨迹规划控制器基于低精度的点质量模型,根据障碍物和参考路... 详细信息

为了提高车辆横向主动避撞的避撞效果和稳定性,提出了一种基于线性时变模型预测控制算法(Linear Time Varging Model Predictive Control, LTV MPC)的分层避撞控制方法。上层轨迹规划控制器基于低精度的点质量模型,根据障碍物和参考路径信息,规划出规避障碍物的期望路径。下层轨迹跟踪控制器基于高精度的3自由度非线性动力学模型,根据车辆的实际状态和上层输入的避撞轨迹,控制车辆的前轮转角,通过方向盘主动转向实现避撞的同时,实现对避撞轨迹的跟踪。最后,利用CarSim/Simulink联合仿真平台,并以双移线工况为例,对被控车辆在不同车速下的避撞路径和跟踪效果进行了仿真验证。结果表明:上层控制器能根据障碍物位置规划出避撞路径,下层控制器与PID控制器相比,LTV MPC控制器算法具有更强的鲁棒性,且能控制车辆平滑、稳定地实现对避撞路径的跟踪,从而实现车辆横向主动避撞功能。

关键词：横向主动避撞 LIV MPC 分层控制轨迹跟踪

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智能汽车主动避撞工况的高实时预测控制

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汽车安全与节能学报 2023年第5期14卷 580-590页

作者：段京良陈良发王文轩焦春绚刘征宇马飞李升波北京科技大学机械工程学院北京100083 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100080

为满足复杂交通场景下智能汽车轨迹跟踪避撞控制的高实时性要求,该文采用了一种循环模型预测控制算法(RMPC)将在线优化问题转化为循环策略参数的离线求解,并进行了仿真试验。根据车辆主动避撞的约束条件,引入惩罚函数将约束型主动避撞... 详细信息

为满足复杂交通场景下智能汽车轨迹跟踪避撞控制的高实时性要求,该文采用了一种循环模型预测控制算法(RMPC)将在线优化问题转化为循环策略参数的离线求解,并进行了仿真试验。根据车辆主动避撞的约束条件,引入惩罚函数将约束型主动避撞优化控制问题转化为无约束有限时域最优控制问题;进而利用循环函数逼近得到不同预测步长控制问题的最优解;最后将算法部署到原型控制器,结合CarSim平台验证了算法的避撞性能以及在线计算的高效性。结果表明:预测步数从12增加到20步,避撞过程最小车距由0.34 m提升至1.38 m,千次实验碰撞次数由44下降到0;与常用在线优化求解器相比,该算法在预测步数为15时,其计算效率提升超过5.6倍。

关键词：智能汽车循环模型预测控制算法(RMPC) 循环函数横向主动避撞

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基于横纵向耦合的车辆主动避撞控制策略研究

基于横纵向耦合的车辆主动避撞控制策略研究

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作者：张开美天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

随着汽车数量的不断增加,各种交通事故尤其是碰撞等安全问题越来越突出。如何在没有驾驶员干预的情况下更好地避免前方障碍物,对汽车主动避撞系统的发展具有重要意义。然而,目前多数主动避撞控制系统将横纵向避撞进行解耦研究,虽然在一... 详细信息

随着汽车数量的不断增加,各种交通事故尤其是碰撞等安全问题越来越突出。如何在没有驾驶员干预的情况下更好地避免前方障碍物,对汽车主动避撞系统的发展具有重要意义。然而,目前多数主动避撞控制系统将横纵向避撞进行解耦研究,虽然在一定程度上可以实现避撞,但是对避撞过程中车辆行驶稳定性考虑不足。为了弥补单一避撞控制的局限性,本研究提出将车辆横、纵向避撞进行耦合控制,更好地实现对前方障碍物的避撞效果和提高车辆的行驶稳定性。本研究考虑车辆横纵向的动力学耦合关系,将纵向实际速度作为横纵向避撞的耦合点,建立横纵向耦合避撞控制器。首先,基于传统的碰撞时间模型t,提出基于纵向行驶安全系数δ的危险划分等级,确定横纵向避撞方案,通过横纵向避撞方案进行避撞逻辑分析。其次,建立基于线性时变模型预测控制算法(LTV MPC)的横向分层避撞控制方法,上层轨迹规划控制器基于低精度的点质量模型,根据障碍物和参考路径信息,规划出规避障碍物的期望路径。下层轨迹跟踪控制器基于高精度的三自由度非线性动力学模型,根据车辆的实际状态和上层输入的避撞轨迹,控制车辆的前轮转角,通过方向盘主动转向实现避撞的同时,实现对避撞轨迹的跟踪;再次,通过纵向避撞实现对纵向速度的实时控制,上层控制器基于碰撞时间安全模型,根据与前方障碍物的相对速度和相对位移等信息,得到车辆的制动减速度。下层控制器基于模糊PID,根据上层车辆的制动减速度,通过控制车辆制动主缸的压力,实现对车辆速度的控制。考虑动力学耦合,将纵向避撞输出的实时纵向速度作为横向避撞的输入参量,实现对横纵向耦合控制器的建立。最后,基于Car Sim软件建立了整车动力学模型,包括车体、传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统以及轮胎模型等7大系统,在不同工况下对横向避撞控制系统、横纵向避撞控制系统进行了对比仿真分析,进一步验证了横纵向耦合控制策略的有效性。

关键词：横向主动避撞模糊PID LTV MPC 横纵向耦合避撞

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