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汽車(chē)高速行駛時(shí)自動(dòng)緊急轉(zhuǎn)向避撞的前饋與反饋跟蹤控制的研究

2021-09-12 20:09:05·  來(lái)源：汽車(chē)制動(dòng)之家  
　
 
 
圖3 最小縱向避撞距離（μ＝0.3，a＝3.5 m）
2 轉(zhuǎn)向避撞系統(tǒng)總體框架與參考路徑規(guī)劃
為安全精確地完成轉(zhuǎn)向避撞操作，應(yīng)保證車(chē)輛實(shí)施緊急轉(zhuǎn)向時(shí)通過(guò)的軌跡能夠有效避開(kāi)障礙物。因此，首先需要對(duì)轉(zhuǎn)向避撞軌跡進(jìn)行規(guī)劃，其次還需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制，從而使其能夠準(zhǔn)確跟蹤所規(guī)劃的參考軌跡。自動(dòng)緊急轉(zhuǎn)向避撞系統(tǒng)總體框架見(jiàn)圖4。采用前饋與反饋相結(jié)合的跟蹤控制策略，通過(guò)車(chē)輛實(shí)際響應(yīng)及其與預(yù)先設(shè)定的參考軌跡側(cè)向位移之間的偏差進(jìn)行控制，使車(chē)輛能夠有效避撞。值得注意的是，在車(chē)輛實(shí)際響應(yīng)計(jì)算中，選取的車(chē)輛模型與真實(shí)情況越接近，實(shí)際應(yīng)用時(shí)的跟蹤效果越好，但同時(shí)計(jì)算量也會(huì)越大，控制器設(shè)計(jì)的難度也會(huì)更大。
 
 
圖4 自動(dòng)緊急轉(zhuǎn)向避撞系統(tǒng)總體框架
在車(chē)輛轉(zhuǎn)向避撞參考路徑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，假定車(chē)輛在采取轉(zhuǎn)向避撞之前按直線(xiàn)行駛且車(chē)速保持不變，車(chē)輛初始側(cè)向速度、縱向加速度、縱向位移和側(cè)向位移均為0，前方障礙物為靜止?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)向避撞參考路徑常見(jiàn)的有三次多項(xiàng)式規(guī)劃和五次多項(xiàng)式規(guī)劃策略。
三次多項(xiàng)式參考路徑的表達(dá)式為
 
 
式中：x為車(chē)輛的縱向位移；y des為車(chē)輛的理想側(cè)向位移；ci為擬合系數(shù)（后續(xù)類(lèi)似）。
設(shè)車(chē)輛的初始坐標(biāo)為（x0，y0），避撞后的終點(diǎn)坐標(biāo)為（xt，yt）。在路徑的起點(diǎn)，因?yàn)檐?chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為勻速直線(xiàn)行駛，故車(chē)輛此時(shí)的橫向位移y0＝0，橫向車(chē)速
＝0，橫向加速度
＝0。避撞結(jié)束時(shí)車(chē)輛的橫向位移yt＝a，縱向移動(dòng)距離xt＝b?？傻迷搮⒖架壽E的約束條件為
 
 
在五次多項(xiàng)式參考路徑中，可進(jìn)一步考慮車(chē)輛避撞結(jié)束時(shí)刻的側(cè)向速度和側(cè)向加速度約束條件，其表達(dá)式為
 
 
通過(guò)計(jì)算，可得五次多項(xiàng)式的參考路徑為
 
 
同理，在轉(zhuǎn)向避撞參考路徑的約束條件中，可進(jìn)一步考慮車(chē)輛初始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻的側(cè)向加速度變化率，從而進(jìn)行七次多項(xiàng)式參考路徑的規(guī)劃。假定其表達(dá)式為
 
 
通過(guò)計(jì)算求解，最終可得七次多項(xiàng)式的參考路徑為
 
 
 
 
圖5 不同多項(xiàng)式參考路徑對(duì)比
在車(chē)輛縱向速度為80 km/h，前方障礙物縱向距離b為50 m，車(chē)輛側(cè)向偏移a為3.5 m的約束條件下，對(duì)比三次多項(xiàng)式、五次多項(xiàng)式和七次多項(xiàng)式規(guī)劃下的側(cè)向位移如圖5所示。對(duì)比五次與七次多項(xiàng)式下的參考橫擺角速度和橫擺角加速度，如圖6和圖7所示。由圖可見(jiàn)，相比三次多項(xiàng)式和五次多項(xiàng)式，七次多項(xiàng)式的參考路徑由于考慮了開(kāi)始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻的側(cè)向加速度變化率，其避撞過(guò)程會(huì)更加緩和。圖8為采用七次多項(xiàng)式路徑規(guī)劃的情況下，以不同車(chē)速進(jìn)行轉(zhuǎn)向避撞時(shí)，車(chē)輛側(cè)向參考位移隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。
 
 
圖6 參考橫擺角速度對(duì)比
 
 
圖7 參考橫擺角加速度對(duì)比
 
 
圖8 以不同車(chē)速在七次多項(xiàng)式路徑規(guī)劃下的車(chē)輛側(cè)向參考位移
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