一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法技术

本发明专利技术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（Electric Power Steering，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。

An automobile emergency collision avoidance integrated control method for avoiding moving obstacles

The invention relates to a method for avoiding dynamic obstacle avoidance car emergency integrated control method, which is characterized in that the method is the use of path planning and tracking control module, according to the real-time information of the obstacle and target coordinate, vehicle state information, real time optimization and the front wheel angle four the wheel slip ratio, and then control the car to realize collision avoidance; among them, the coordinates of discrete points obstacle information including profile obstacles obtained by radar sensor measurement, vehicle state information obtained by including the speed sensor measurement of vehicle longitudinal velocity and lateral velocity, obtained by the gyroscope to measure the yaw rate control in collision avoidance; in the process, through the electric power steering (Electric Power Steering, EPS) torque compensation module according to the speed, the front wheel angle is added. The fixed torque compensates for the control gain, and the steering wheel sudden torque is controlled in the ideal range to realize the emergency collision avoidance of the man-machine and harmonious automobile.

【技术实现步骤摘要】
一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法
本专利技术涉及汽车先进驾驶辅助
，具体涉及一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法。
技术介绍
汽车能给人们带来方便与快捷，其行驶安全性已成为全球性的社会问题。为了进一步提高道路交通安全性，帮助驾驶员减少错误操作，近年来以先进驾驶辅助系统(AdvancedDriverAssistanceSystems,ADAS)为代表的智能汽车安全技术逐渐得到重视和发展。汽车紧急避撞系统通过执行器的主动干预，辅助驾驶员调整汽车的运动轨迹，实现避撞。它能够在危急时刻拯救驾乘者的生命，有着良好的市场前景。汽车紧急避撞控制方面已有很多研究成果，能够较好的解决避撞控制问题，但这些研究成果主要针对静止障碍物。在考虑运动障碍物的汽车紧急避撞控制方面，文献[AckermannC,IsermannR,MinS,etal.Collisionavoidancewithautomaticbrakingandswerving[J].IFACProceedingsVolumes,2014,47(3):10694-10699.]考虑障碍物纵向运动情况，检测汽车与运动障碍物的速度差，决策出避撞的转向时机，即是否可以进行转向避撞，但在避撞过程中没有考虑运动障碍物位置的动态变化，并且没有考虑障碍物侧向运动情况。公开号为CN105539586A的中国专利公开了一种用于自主驾驶的汽车躲避移动障碍物的统一的运动规划方法，该方法考虑障碍物的纵向及侧向运动情况，但只用来决策出避撞的转向时机及避撞路径，同样没有在避撞过程中考虑运动障碍物位置的动态变化。汽车紧急避撞控制离不开转向系统的主动干预。欧洲现有法规规定转向盘与转向车轮之间必须有机械连接，所以主动前轮转向系统(ActiveFrontSteering,AFS)作为今后线控转向系统(Steering-by-wire,SBW)的过渡产品应运而生。文献[SumioSugita,MasayoshiTomizuka.CancellationofUnnaturalReactionTorqueinVariable-Gear-Ratio[J].JournalofDynamicSystemsMeasurement&Control,2012,134(2):021019.]和文献[AtsushiOshima,XuChen,SumioSugita,MasayoshiTomizuka.Controldesignforcancellationofunnaturalreactiontorqueandvibrationsinvariable-gear-ratiosteeringsystem[C].ASME2013DynamicSystemsandControlConference.AmericanSocietyofMechanicalEngineers,2013-3797,V001T11A003:10pages.]论证了AFS在改变系统位移传递特性的同时，也会影响转向系统的力传递特性，引起转向盘力矩的突变。过大的转向盘突变力矩会加剧驾驶员的紧张心理，容易使驾驶员产生误操作，不利于驾驶安全。适当的转向盘突变力矩却有利于驾驶员感知汽车的姿态变化，并起到警示作用。但驾驶员对转向盘突变力矩的可接受程度却因人而异。
技术实现思路
为了解决现有紧急避撞方法存在的在避撞过程中没有考虑运动障碍物位置的动态变化而导致避撞过程不安全的技术问题，以及现有紧急避撞方法存在的转向盘突变力矩不可控容易导致驾驶员误操作的技术问题，本专利技术提供一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法，能够辅助驾驶员实现安全可靠的避撞，在紧急关头拯救驾驶员生命。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案如下：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；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试验拟合得出，具体表达式如下：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为试验拟合参数，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、制动执行器的物理约束，其数学表达式为：δmin＜δk,t＜δmaxk＝t,t+1……t+Hc-1(3)simin＜sik,t＜simaxi∈{1,2,3,4}k＝t,t+1……t+Hc-1(4)其中，δmin为前轮转角下本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：

【技术特征摘要】
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：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：

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22