一种考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，步骤如下：实时采集轨迹规划所需的自车信息和环境车辆信息；对当前车辆状态进行估计；构建考虑底盘动力学的行车安全场，使用

【技术实现步骤摘要】
一种考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法


[0001]本专利技术属于智能车路径规划
，具体涉及一种考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法
。

技术介绍

[0002]在智能车辆领域，轨迹规划是一项关键技术，用于确定车辆在不同环境和驾驶任务下的最佳轨迹
。
传统的轨迹规划方法通常基于静态环境模型，没有考虑到车辆底盘动力学边界的限制
。
然而，在现实驾驶中，车辆的底盘动力学边界对轨迹规划有重要影响
。
底盘动力学边界包括车辆的加速度
、
制动力
、
最大转向角等限制，直接影响车辆行驶时的稳定性和安全性
。
[0003]现在主要的避障轨迹规划方法有人工势场法等；人工势场法将车辆在周围环境中的运动视为车辆在人工建立的虚拟场中的运动，目标点产生引力，障碍物产生斥力，车辆在二者合力中运动
。
根据引力和斥力的合力来控制车辆运动，产生一条无碰撞的最优轨迹；传统的人工势场并没有考虑底盘动力学边界变化，而车辆的行驶是在变化的路面上，因此在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，特征在于，步骤如下：
(1)
实时采集轨迹规划所需的自车信息和环境车辆信息；
(2)
通过步骤
(1)
中获得的自车信息对当前车辆状态进行估计；
(3)
构建行车安全场模型，通过将步骤
(2)
中得到的当前车辆状态输入到行车安全场模型中，构建考虑底盘动力学的行车安全场，使用
s
形曲线优化，定义底盘动力学边界，实现在底盘动力学约束下生成规划轨迹；
(4)
按照上述步骤
(3)
中规划得到的规划轨迹行驶，每经过
Δ
t
秒，结合当前自车信息和环境信息再次进行轨迹规划
。2.
根据权利要求1所述的考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中采集轨迹规划所需要的信息为自车的车辆侧向
、
纵向加速度和车辆横摆角速度信息，以及轨迹规划所需要的第一类静止物体
、
第二类静止物体
、
运动物体的状态
、
运动物体的类型
、
运动物体的位置以及智能车自车状态和位置；第一类静止物体指发生碰撞时会造成极大损失的物体；第二类静止物体指不会与车辆发生碰撞，但会约束驾驶员的驾驶行为的物体；运动物体指道路上运动的车辆或行人
。3.
根据权利要求1所述的考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤
(2)
具体步骤如下：
(21)
搭建车辆动力学模型：以车身坐标系为参考系，建立车辆动力学模型：纵向运动：侧向运动：横摆运动：式中，
m
为整车质量；
J
Z
为车辆绕
z
轴的转动惯量；
V
x
为纵向车速；
V
y
为侧向车速；为横摆角速度；
F
xi
和
F
yi
分别为轮胎的纵向力
、
侧向力，其中下标
i
＝
fl,fr,rl,rr
，分别表示前左车轮
、
前右车轮
、
后左车轮
、
后右车轮；
l
a
和
l
b
分别表示质心至前轴
、
后轴的距离，
c
为车辆左右轮的轮距，且车辆前后轮距一致，
δ
为前轮转角；
(22)
根据车辆动力学模型对车辆状态估计：利用传感器测量得到车辆侧向
、
纵向加速度和车辆横摆角速度信息，实现对车辆当前状态量的估计；设观测系统的状态量为
x1＝
[
β V
x
]
T
，其非线性状态方程如下：
设观测系统的状态量为
y1＝
a
y
，其非线性状态方程如下：式中，
f1()
和
h1()
分别为车辆侧向非线性状态方程表达式和车辆纵向非线性状态方程表达式，
β
为路面附着系数，
a
x
和
a
y
分别为车辆侧向加速度
、
纵向加速度，
r
为车轮半径，
w1和
v1分别为过程噪声向量和测量噪声向量，两者均为零均值的高斯白噪声；将式
(4)
和式
(5)
转化为非线性离散形式：式中，
x
1,k
，
y
1,k
为预测
k
时刻的横向
、
纵向车辆状态量，通过
GPS
获取位置后使用车辆动力学模型进行估计，
x
1,k+1
为预测得到的下一时刻状态量
。4.
根据权利要求3所述的考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，其特征在于，在状态估计的过程中，
β
和
V
x
的值在每一个离散的时间步长被预测，输出值
a
y
则与车辆传感器得到的测量值进行比较从而完成状态量的矫正；通过线性离散获得当前路面的路面附着系数及自车当前的状态量
。5.
根据权利要求1所述的考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤
(3)
中具体包括：
(31)
考虑底盘动力学构建行车安全场模型；
(32)
计算行车安全场引力
、
斥力；
(33)
利用
s
形曲线优化并增添底盘动力学约束生成规划轨迹；
(34)
考虑车辆底盘动力学对规划得到的路径约束，提高路径跟踪期间车辆稳定性
。6.
根据权利要求5所述的考虑底盘动力学边界的智能车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤
(31)
具体包括：
(311)
考虑底盘动力学的行车安全场由静止物体或道路产生的势能场
、
运动车辆决定的动能场
、
驾驶员心理
/
生理决定的行为场以及不同底盘动力学导致的车辆道路场组成；行车安全模型表达式如下：
E
S
＝
E
R
+E
V
+E
D
+E
C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
式中，
E
S
为行车安全场场强；
E
R
为势能场场强；
E
V
为动能场场强；
E
D
为行为场场强；
E
C
为车辆道路场场强；
(312)
势能场建模；势能场是由交通环境中物体或道路条件对行车安全影响产生的物理场，其大小与方向由静止物体自身属性
、
相对位置
、
道路条件因素决定；静止物体
i
在其周围
(x
i
,y
i
)
形成的势能场用式
(8)
表示：
式中，
(x
i
,y
i
)
为静止物体
i
的质心坐标；
x
轴为道路纵向方向；
y
轴为道路垂向方向；
E
R_ij
为静止物体
i
在确定的道路条件下会对周围环境造成的风险程度，其数值越大则风险越大；势能场场强的方向和
r
ij
方向相同；
r
ij
＝
(x
j
‑
x
i
,y
j
‑
y
i
)
为周围环境
(x
j
,y
j
)
与静止物体之间的矢量距离；
k1，
K
为待定常数；
M
i
为静止物体
i
等效质量；
R
i
为
(x
i
,y
i
)
处的道路条件影响因子；等效质量
M
i
由静止物体
i
本身的属性决定，其构成的风险等级取决于静止物体的类型
、
质量及运动状态；函数表达式如下：式中，
m
i
为静止物体的质量；
H
i
为静止物体的类型；
a
k
,
β
k
为待定常数；
v
i
为静止物体的速度；
(313)
动能场建模；动能场是由交通环境中运动物体对行车安全影响产生的物理场，其场强大小和方向取决于周围车辆自身相对质量
、
所处位置
、
速度大小与方向；位于
(x
i
,y
i
)
位置的运动物体
s
在其周围环境
(x
j
,y
j
)
处形成的动能场表达式为：式中，
E
V_sj
为运动物体
s
在周围
(x
s
,y
s
)
处形成的动能场，场强矢量方向与
r
sj
相同；
r
sj
＝
(x
j
‑
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，薛子宽，周小川，栾众楷，梁为何，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学秦淮创新研究院，
类型：发明
国别省市：