一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法，包括：未来固定时域行驶状态预测及动作决策；规划未来固定时域内车辆漂移局部行驶轨迹；以期望的动作跟踪局部参考轨迹的车辆运动控制。所设计的系统包含车辆行驶状态预测及稳定性判断、漂移过弯局部行驶轨迹规划和漂移过弯轨迹跟踪控制三个模块。稳定性判断模块将对车辆是否能在状态约束范围内通过紧急弯道进行判断，若所述判断结果是肯定的，车辆进行正常转向行驶；若所述结果是否定的，决策模块下发漂移过弯指令，系统规划局部漂移轨迹，控制模块完成漂移循迹，待通过弯道后回到正常行驶状态。本发明专利技术能够在紧急转向情况下确保车辆的行驶安全性与稳定性。保车辆的行驶安全性与稳定性。保车辆的行驶安全性与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法


[0001]本专利技术属于车辆控制
，尤其涉及一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法。

技术介绍

[0002]研究车辆在极限工况下的自动驾驶控制技术能对车辆的行驶安全性和稳定性产生重大意义。对于自动驾驶车辆，系统模型通常选择较为简单的线性模型，为了避免线性模型所带来的系统不稳定，系统在任务规划与控制求解时，需要约束车辆的状态，避免车辆进入轮胎非线性区或高侧滑运动状态，从而维持车辆的稳定性。然而，过多的约束会使车辆的驾驶风格变得很保守，车辆只能在行驶条件良好的环境下行驶。在某些极端行驶工况下，车辆会因为丧失灵活性而无法避免安全事故。例如当行驶在附着条件不好的路面遇到急弯时，车辆会因无法进行大曲率转向而冲出车道。
[0003]传统的辅助驾驶系统工作原理同样是限制车辆状态，当车辆因行驶于极端驾驶环境而已经出现失稳时，其往往将产生适得其反的作用。在某些高速避障的紧急场景中，合理地采用转向和制动系统协调配合的方式能够降低车辆正面碰撞的速度从而减轻碰撞危害。当事故车辆出现失稳进入极限运动状态时，可以通过车辆极限控制技术稳定车身姿态，避免发生二次碰撞的危险。
[0004]为了解现有技术的发展状况，本专利技术对已有的专利和论文进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本专利技术相关度比较高的技术方案：
[0005]技术方案1：专利号为CN108569277A的《提供车辆漂移的方法和系统》所涉及的车辆漂移控制系统中，车辆根据接收驾驶员给定的漂移指令进行漂移状态。该方法能够简化车辆漂移时驾驶员的操纵负担，使非专业驾驶员也能够胜任车辆的漂移操纵。然而上述专利文献所提出的方法都需要驾驶员对车辆漂移保持介入，且完全依赖驾驶员是否进入漂移的决策。但在进入危险弯道前，即使专业驾驶员也很难准确判断车辆当前状态是否必须采取漂移过弯规避驾驶风险。
[0006]技术方案2：专利号为CN113815650A的《一种基于反步法的车辆漂移控制方法》，涉及一种基于二自由度车辆模型和反步法的车辆漂移控制方法。该方法能够实现车辆的稳态漂移和8字漂移控制，但考虑的车辆模型过于简化，在实际应用中系统控制将存在一定误差。与此同时，漂移稳态需要离线计算，漂移系统也不具备轨迹跟踪的能力。
[0007]技术方案3：专利号为CN108839652A的《一种车辆失稳可控域的自动驾驶紧急避让系统》，公开的一种车辆自动驾驶紧急避让系统，该方法主动使车辆后轮失稳使横摆角速度激增同时控制车身处于可控区域，提高汽车的避让和转向能力，但车辆漂移状态和轨迹仅被限制在可控区域内而无法预先规划，在实际使用过程中仍存在诸多不确定性。
[0008]技术方案4：论文《Toward Automated Vehicle Control Beyond the Stability Limits:Drifting Alonga General Path》提出的漂移控制策略不仅能够实现车辆的漂移，还能同时调整车辆状态跟踪给定的参考轨迹。该文献所提出的控制策略。该文献所提出的
控制策略为车辆循迹漂移提供了重要了理论依据，但未将车辆漂移应用于紧急转向，且依赖事先给定车辆的漂移参考状态。
[0009]总之，现有技术在解决车辆漂移过弯问题时，或者完全依赖于驾驶员对车辆漂移的控制技术；或者车辆漂移稳态控制计算仅仅为离线计算、完全依赖于事先给定车辆的漂移参考状态、不能在发生漂移过弯的危险前预先规划漂移稳态控制轨迹，使得漂移系统不具备车辆轨迹实时跟踪和控制的能力。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法，目的在于解决现有技术解决车辆漂移过弯技术问题时，只能依赖于事先给定车辆的漂移参考状态，而不能根据即时的车辆的漂移参考状态解决即时的漂移稳态控制问题。
[0011]本专利技术为解决现有技术存在的问题提出以下技术方案
[0012]一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法，其特点是，包括以下步骤，
[0013]步骤一、未来固定时域行驶状态预测及动作决策；
[0014]步骤二、规划未来固定时域内车辆漂移局部行驶轨迹；
[0015]步骤三、以期望的动作跟踪局部参考轨迹的车辆运动控制。
[0016]进一步地，所述步骤一的未来固定时域行驶状态预测及动作决策，具体过程如下：
[0017]1)获取当前时刻车辆状态信息；
[0018]2)路面附着系数估计；该路面附着系数用于车辆转向安全和稳定性判断；
[0019]3)未来固定时域车辆通过弯道时的纵向速度规划；
[0020]4)判断在稳定约束范围内是否求解成功，如果不成功，发布漂移过弯指令；如果成功，继续过程5)；
[0021]5)发布正常转向行驶指令。
[0022]进一步地，所述步骤二的规划未来固定时域内车辆漂移局部行驶轨迹迹，具体过程如下：
[0023]1)接收行驶动作指令；
[0024]2)该指令为正常转向通过弯道吗，如果是，以参考路径为局部行驶轨迹；如果否，继续过程3)；
[0025]3)获取规划漂移轨迹所需要的当前时刻车辆状态；
[0026]4)规划车辆漂移局部行驶轨迹。
[0027]进一步地，所述步骤三的以期望动作跟踪局部参考轨迹的车辆运动控制，具体过程如下：
[0028]1)接收行驶动作指令；
[0029]2)正常转向通过弯道了吗？如果否，继续过程3)，如果是，跳转到过程5)；
[0030]3)接收漂移过弯局部行驶轨迹；
[0031]4)基于漂移动力学模型求解控制量，然后跳转到过程7)；
[0032]5)接收转向过弯局部行驶轨迹；
[0033]6)基于线性车辆模型求解控制量；
[0034]7)将控制信号发送到底盘接收器，车辆完成控制响应；
[0035]进一步地，所述步骤一过程1)的获取当前时刻车辆状态信息，具体如下：
[0036][0037]其中，X为状态量的集合，x，y为车辆在全局坐标系下的横纵坐标，为方向角，V
x
，V
y
为车辆横纵向速度，a
x
，a
y
为车辆横纵向加速度，r为车辆横摆角速度，w
i
(i＝f,r)为车辆前后轮平均轮速，上述状态信息主要通过传感器或底盘信息获取；
[0038]进一步地，所述步骤一过程2)的路面附着系数估计，其具体估计方法为：根据车辆状态信息X，采用扩展卡尔曼滤波算法，实时估计前后轮胎与路面间的附着系数，该附着系数作为车辆转向安全、稳定性判断的重要依据；
[0039]进一步地，所述步骤一过程3)的未来固定时域车辆通过弯道时的纵向速度规划，具体如下：
[0040]A)采用五次多项式进行未来固定时域车辆纵向速度规划；
[0041]车速关于时间的表达式为：
[0042]V
x
(t)＝c0+c1t+c2t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一、未来固定时域行驶状态预测及动作决策；步骤二、规划未来固定时域内车辆漂移局部行驶轨迹；步骤三、以期望的动作跟踪局部参考轨迹的车辆运动控制。2.根据权利要求1所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤一的未来固定时域行驶状态预测及动作决策，具体过程如下：1)获取当前时刻车辆状态信息；2)路面附着系数估计；该路面附着系数用于车辆转向安全和稳定性判断；3)未来固定时域车辆通过弯道时的纵向速度规划；4)判断在稳定约束范围内是否求解成功，如果不成功，发布漂移过弯指令；如果成功，继续过程5)；5)发布正常转向行驶指令。3.根据权利要求1所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤二的规划未来固定时域内车辆漂移局部行驶轨迹迹，具体过程如下：1)接收行驶动作指令；2)该指令为正常转向通过弯道吗，如果是，以参考路径为局部行驶轨迹；如果否，继续过程3)；3)获取规划漂移轨迹所需要的当前时刻车辆状态；4)规划车辆漂移局部行驶轨迹。4.根据权利要求1所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤三的以期望动作跟踪局部参考轨迹的车辆运动控制，具体过程如下：1)接收行驶动作指令；2)正常转向通过弯道了吗？如果否，继续过程3)，如果是，跳转到过程5)；3)接收漂移过弯局部行驶轨迹；4)基于漂移动力学模型求解控制量(公式10
‑
11解释动力学模型，3.1
‑
3.2
‑
30.3基于模型获取控制量)，跳转到过程7)；5)接收转向过弯局部行驶轨迹；6)基于线性车辆模型求解控制量(很普通常规技术没有介绍)；7)将控制信号发送到底盘接收器，车辆完成控制响应。5.根据权利要求2所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤一过程1)的获取当前时刻车辆状态信息，具体如下：其中，X为状态量的集合，x，y为车辆在全局坐标系下的横纵坐标，为方向角，V
x
，V
y
为车辆横纵向速度，a
x
，a
y
为车辆横纵向加速度，r为车辆横摆角速度，w
i
(i＝f,r)为车辆前后轮平均轮速，上述状态信息主要通过传感器或底盘信息获取；所述步骤一过程2)的路面附着系数估计，其具体估计方法为：根据车辆状态信息X，采用扩展卡尔曼滤波算法，实时估计前后轮胎与路面间的附着系数，该附着系数作为车辆转向安全、稳定性判断的重要依据；
所述步骤一过程3)的未来固定时域车辆通过弯道时的纵向速度规划，具体如下：A)采用五次多项式进行未来固定时域车辆纵向速度规划；车速关于时间的表达式为：V
x
(t)＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5(2)其中，c0c5表示多项式系数，t为时间自变量，车速V
x
是关于时间的函数；B)速度规划的目标函数：B)速度规划的目标函数：表示惩罚车速和纵向减速度变化率的权重系数，j
x
表示纵向减速度变化率，也是关于时间的函数，N
s
表示将固定时域离散成N
s
段；公式(3)通过在约束范围内优化求解系数c0c5和时间刻度t
i
序列来使目标函数最小化，使车辆在通过弯道时在不发生侧滑的前提下尽可能平滑的减速；C)优化问题的约束由于轮胎、路面之间的附着条件和道路曲率的因素限制，速度规划中车辆应满足如下稳定性约束：1)制动产生的纵向减速度应满足车辆执行器约束；2)过弯产生的侧向加速度应约束在附着条件与驾驶员所能承受最大加速度值范围之内；3)车辆纵向减速度与侧向加速度的合成应满足路面附着系数所决定的附着圆约束；D)优化问题的求解1)采用非线性优化求解器求解优化问题；2)若在约束范围内规划求解成功，则可以得到公式(2)的多项式系数c0c5，从而获得公式(2)的纵向速度曲线，进而在时间节点t1得到纵向速度序列的集合：E)如果上述优化问题无法在约束范围内得到解，则车辆将在后续行驶过程中出现速度过快而发生侧滑失控或者冲出车道的危险，动作决策模块应该下发车辆漂移过弯的指令。6.根据权利要求3所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤二过程3)的获取规划漂移轨迹所需要的当前时刻车辆状态，具体步骤如下：a.根据当前时刻车辆行驶状态进行漂移轨迹规划，车辆状态量为：其中ξ表示状态量的集合，X，Y，表示车辆位置和方向角，r为横摆角速度，β为质心侧偏角，V为车速，δ为前轮转角，F
xr
，F
xf
表示后轮驱动力和前轮制动力；b.优化的目标函数如下：其中，控制量为由前轮转角，后轮驱动力，前轮制动力等控制输入的变
化率组成；Q1～Q5表示目标函数中各项权重系数，k＝1～N
s
表示未来固定时域划分成的N
s
个离散时刻；公式(6)的第一项对控制量进行惩罚，确保耗能尽可能小；第二、三项中κ和表示轨迹的曲率和曲率变化率(曲率大小由漂移轨迹中的相邻三个轨迹点的位置坐标确定)，其确保规划的轨迹曲率尽可能小且变化平滑；第四项中e为以参考路径为基准，车辆轨迹点距离参考路径的横向误差，其确保优化生成的漂移轨迹尽量贴合参考路径；第五项对车辆漂移过程中的侧偏角β进行适当约束。7.根据权利要求3所述一种利用车辆漂移通过危险弯道的方法及系统，其特征在于：所述步骤二过程4)的规划车辆漂移局部行驶轨迹，具体步骤如下：a.优化过程除需要满足车辆执行器约束以及轮胎路面附着条件约束外，还包括：目标函数(5)中离散轨迹点都限制在车道边界之内，即以参考路径为基准，当轨迹点位于基准左侧，横向误差为正；反之为负；横向误差应满足公式(7)所表示的约束：e
right
≤e
k
≤e
left
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，e
right
表示右车道边界与参考路径之间的横向误差，e
left
表示左车道边界与参考路径之间的横向误差；e
right
和e
left
所组成的范围即车道右边界与车道左边界所形成的车道可行驶区域，所有轨迹点均应约束在该行驶区域之内；b.计算轨迹曲率约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙祥，董又维，陈禹行，
申请(专利权)人：北京易航远智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：