一种车辆失稳可控域的自动驾驶紧急避让系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆失稳可控区域的自动驾驶紧急避让系统，包括汽车前轮控制系统、汽车后轮控制系统、车辆失稳可控域计算系统及汽车状态参数测量系统等；汽车状态参数测量系统主要是通过车辆的传感器测量得到车辆的横摆角速度、滑移率、车速等，并将实时测量结果输入到车辆失稳可控域计算系统；车辆失稳可控域计算系统分析计算出车辆失稳可控域的联动控制区域，汽车前轮控制系统、汽车后轮控制系统根据当前车辆状态以及失稳可控域计算紧急避让进行制动。本发明专利技术主动使车辆后轮失稳使横摆角速度激增而车身仍处于可控区域，极大地提高了汽车的避让和转向能力，运用转向制动集成对车辆紧急避让进行控制，从而有效保证驾驶员危险情况下的行车安全。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆失稳可控域的自动驾驶紧急避让系统
本专利技术涉及一种车辆极限控制
，一种车辆失稳可控区域的自动驾驶紧急避让系统。
技术介绍
紧急避让一般需要在顺利避让障碍物的同时防止汽车失稳。但前方突然掉落的物体、道路中突然出现的车辆等突发工况，因避让距离过短使空间安全约束和动力学安全约束发生冲突。满足动力学安全约束的避让操纵无法完成避开障碍物而发生碰撞；由于普通驾驶员对物理极限操纵的不熟悉，如果避让时一旦突破动力学约束，容易使车辆失稳而车身激转。面对这些极限场景，赛车手可以充分利用后轮附着极限，通过操纵使后轮侧滑失稳产生横摆角速度激增，突破动力学约束同时保持车身可控，实现车辆的快速横摆转动，在避障前达到空间约束要求的最小车身横摆角。但是一般驾驶员很难把握紧急避让的方向盘转向转角以及制动的尺度，尤其是紧急避让控制过程的失稳可控域更难把握，稍有偏差就会使车辆无法避让障碍物或者使车辆失稳激转。现有的技术没有对失稳可控域进行定义和解析，致使车辆的极限控制无法保证在失稳可控的区域界限范围内，使车辆的紧急避让始终无法达到精确可行可控。申请号为201710146567.3的中国专利，公开了“一种无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆失稳可控域的自动驾驶紧急避让系统，包括汽车前轮控制系统、汽车后轮控制系统、汽车状态参数测量系统，汽车前轮控制系统设有主动转向系统AFS、转向助力系统EPS，汽车后轮控制系统设有车身电子稳定系统ESP、防抱死系统ABS，汽车状态参数测量系统，其特征在于：所述的自动驾驶紧急避让系统还包括车辆失稳可控域计算系统；失稳可控域为能够实现汽车失稳可控状态的集合，失稳可控状态是指车辆在行驶过程中，突遇障碍物，通过操纵使后轮侧滑失稳产生横摆角速度激增，突破动力学约束同时保持车身可控，实现车辆的快速横摆转动，在避障前达到空间约束要求的最小车身横摆角，完成失稳避让，将汽车的后轴侧滑失稳、车身可控的动力...

【技术特征摘要】
1.一种车辆失稳可控域的自动驾驶紧急避让系统，包括汽车前轮控制系统、汽车后轮控制系统、汽车状态参数测量系统，汽车前轮控制系统设有主动转向系统AFS、转向助力系统EPS，汽车后轮控制系统设有车身电子稳定系统ESP、防抱死系统ABS，汽车状态参数测量系统，其特征在于：所述的自动驾驶紧急避让系统还包括车辆失稳可控域计算系统；失稳可控域为能够实现汽车失稳可控状态的集合，失稳可控状态是指车辆在行驶过程中，突遇障碍物，通过操纵使后轮侧滑失稳产生横摆角速度激增，突破动力学约束同时保持车身可控，实现车辆的快速横摆转动，在避障前达到空间约束要求的最小车身横摆角，完成失稳避让，将汽车的后轴侧滑失稳、车身可控的动力学状态定义为失稳可控状态汽车状态参数测量系统通过车辆的传感器实时测量得到车辆的行驶参数，包括横摆角速度、滑移率、车速，并将实时测量结果输入到车辆失稳可控域计算系统；车辆失稳可控域计算系统主要是在建立纵向、侧向、横摆、侧倾以及轮胎非线性动力学模型基础上，得到失稳可控域的联动计算模型，通过分岔理论分析最终计算出车辆失稳可控域的联动控制区域；汽车前轮控制系统计算避让所需的前轮转向以及转角，通过转向助力系统EPS的执行电机来执行，主动转向系统AFS进行转角的辅助纠正；汽车后轮控制系统计算避让所需的汽车左右后轮制动力，通过车身电子稳定系统ESP执行，防抱死系统ABS对制动力进行辅助纠正，集成前轮转向以及后轮制动的综合控制，从而实现车辆失稳可控域的联动控制区域的紧急避让控制。2.根据权利要求1所述一种车辆失稳可控区域的自动驾驶紧急避让系统，其特征在于：所述的汽车状态参数测量系统实时测量车辆的相关状态参数，通过车辆的速度传感器测得速度信号，横摆角速度传感器获得横摆角速度信号，轮速传感器获得车轮的转速信号，车辆的转角传感器获得车辆的转角信号；通过所获得的上述信号，分别计算获得车辆的滑移率信号以及质心侧偏角信号。3.根据权利要求1所述一种车辆失稳可控区域的自动驾驶紧急避让系统，其特征在于：所述车辆失稳可控域计算系统模型建立，建立车辆的三自由度模型，同时涵盖纵向、侧向、横摆、侧倾以及轮胎多个自由度，模型微分方程为：其中，β为质心侧偏角，γ为横摆角速度，φ为质心侧倾角，u为纵向车速，m、ms为汽车的总质量和悬挂质量，lf、lr为质心到前后轴的距离，为侧倾刚度和侧倾阻尼，Izz为汽车关于横摆轴的转动惯量，Ixx为汽车关于侧倾轴的转动惯量，h为悬挂质量质心到侧倾轴的距离，Ffl、Ffr为汽车前左轮和前右轮转向力，Frl、Frr为汽车后左轮和后右轮转向力；轮胎的滑移率方程为：其中，usx为轮速，λ0表示轮胎的滑移率；轮胎模型选取考虑非线性的Pacejka魔术轮胎公式：Y(x)＝Dsin[Carctan{Bx-E(Bx-arctan(Bx))}](3)其中，x表示侧偏角或滑移率，y为侧向力，B为刚度控制系数，C为曲线形态控制系数，D分别为曲线最大值，E为对D的变化情况控制系数；前后轮侧偏角为：其中，αf、αr分别为前后轮侧偏角，δf为前轮转角；4.根据权利要求3所述一种车辆失稳可控区域的自动驾驶紧急避让系统，其特征在于：所述车辆失稳可控域计算系统基于分岔理论计算失稳可控的联动控制区域，其包括以下几个步骤：第一步利用分岔理论计算车辆失稳可控的联动控制区域，首先选取失稳可控区域计算所需的状态变量分别为横摆角速度γ、质心侧偏角β、质心侧倾角及角加速度滑移率λ0，分岔参数τ的选取分别为车速u、前轮转角δ、四轮转向力Ffl、Ffr、Frl、Frr；利用步骤一所建立系统模型书写系统的状态方程，即：其中，A、B分别为系统微分方程系数，可以简写为其中，x为状态变量，τ为分岔参数；第二步前轮转向以及后轮制动力鞍结分岔失稳演化规律获得，包括以下步骤：(1)针对高维非线性动力学系统解析方法不能求解平衡点问题，需采用中心流形法将高维系统进行降维；动力学n维非线性系统可表示为设矩阵A的特征值的重数与特征向量所张成的子空间维数相同，其中n1个特征值有负实部，n2个特征值有零实部，n3个特征值有正实部，则n1+n2+n3＝n；记矩阵的特征值ηi(i＝1，2……n)对应的特征向量ρi，则由实部为负、实部为零和实部为正的特征根对应的特征向量组成的子空间分别称为稳定子空间、中心子空间和不稳定子空间，分别用E1、E2和E3表示；对非线性系统f是对应向量场，设原点是平衡点，则可在原点处对系统线性化，并定义为非线性系统在原点处的线性化系统，其中A为原点处的雅可比矩阵A＝Dxf(0)；则由矩阵A的负实部、零实部和正实部特征根对应的特征向量张成的子空间E1、E2和E3分别称为局部稳定子空间、局部中心子空间和局部不稳定子空间，在非线性系统中一般仅关心平衡点邻域的动力学特性，与其相切的流形分别称为局部稳定流形、局部中心流形和局部不稳定流形分别用W1、W2、W3表示，都属于局部不变流形；给定非奇异变换矩阵T将系统的雅可比矩阵A＝Dxf(0)化为对角块的形式，即其中B和C分别为n2×n2和n1×n1矩阵，他们特征值分别具有零实部和负实部，n1＝dimE1，n2＝dimE2，n1+n2＝n，令x＝Ty，其中u∈E2,v∈E1，则有：在原点领域内把W2表示为v＝h(u)带入上式并运用链式求导法则得：H(u)的微分方程为：Dh(u)[Au+g1(u,h(u))]-Bh(u)-g2(u,h(u)...

【专利技术属性】
技术研发人员：武健，徐广飞，吴海荣，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东,37