[发明专利]一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法

说明书

一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法，其特征在于，该方法包括避撞路径规划模块、轮胎模型线性化模块、MPC控制器和CarSim汽车模型；避撞路径规划模块用于计算避撞路径的参考侧向位移和横摆角；轮胎模型线性化模块用于实现预测时域内非线性轮胎力的线性近似；CarSim汽车模型用于输出汽车的实际状态量，包括汽车纵向速度、侧向速度、横摆角速度、横摆角和侧向位移；MPC控制器根据参考侧向位移、横摆角以及汽车的实际状态量，求解出汽车的前轮转角和各个车轮的制动力并输入给CarSim汽车模型，控制汽车实现避撞控制。

技术领域：

本发明涉及汽车避撞控制领域，一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法。

背景技术：

随着交通拥堵问题的日益严重和道路安全问题的日益突出，自动驾驶汽车已经成为汽车行业发展的趋势。由于实际的道路环境十分复杂，汽车本身也存在着强非线性，使得自动驾驶汽车的避撞控制面临巨大的挑战。

国内外学者在自动驾驶汽车避撞控制方面已经有了很多研究成果，传统的控制方法主要有鲁棒控制、预瞄控制和滑模控制等。但上述方法通常只能利用当前的环境信息和汽车状态，并且难以考虑环境和汽车的约束条件。因此，研究人员开始将模型预测控制(Model predictive control，MPC)应用到汽车控制领域。

国内在进行避撞控制研究时，通常假设汽车的轮胎侧偏角较小，将轮胎模型简化成线性轮胎模型，因此并不适用于冰雪道路工况下的避撞控制。而在汽车稳定性控制领域，国内外已有很多学者根据当前汽车状态对轮胎模型进行连续线性化处理，设计基于线性时变MPC的汽车稳定性控制器并取得了很好的控制效果。但是，这种线性化方法在预测时域内并没有考虑轮胎力的非线性变化，当汽车处于动力学极限附近时，这种线性化方式将变得不那么精确。而国外在避撞控制控制方面有一些学者开始考虑预测时域内轮胎力的变化对避撞控制效果的影响。论文[Funke J,Brown M,Erlien S M,Gerdes J C.CollisionAvoidance and Stabilization for Autonomous Vehicles in Emergency Scenarios[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology,2017,25(4):1204-1216.]在研究自动驾驶汽车紧急避撞控制时，利用上一时刻求解的轮胎侧偏角序列对当前预测时域内的轮胎力进行连续线性化处理，设计了在预测时域内考虑轮胎力变化的紧急避撞控制器，在实车上进行了多种驾驶场景的避撞实验，获得了很好的控制效果。但是上述方法要求控制时域与预测时域长度一致，较长的控制时域极大地加重了求解器的计算负担。而且，这些研究只通过转向进行避撞控制，在冰雪道路工况下的控制性能有限。

发明内容：

为解决冰雪道路工况下自动驾驶汽车紧急避撞时传统控制方法因轮胎力表达不精确导致避撞失败的问题，本发明提供一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法。首先，基于非线性轮胎模型求解的轮胎状态刚度对非线性轮胎力进行线性化处理，然后，基于避撞路径信息提出轮胎状态刚度预测方法，并利用预测的轮胎状态刚度实现预测时域内轮胎力的预测和线性化，最后设计转向制动联合的MPC避撞控制器，实现冰雪道路工况的车辆避撞控制。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法，其特征在于，该方法包括避撞路径规划模块、轮胎模型线性化模块、MPC控制器和CarSim汽车模型；避撞路径规划模块用于计算避撞路径的参考侧向位移和横摆角；轮胎模型线性化模块用于实现预测时域内非线性轮胎力的线性近似；CarSim汽车模型用于输出汽车的实际状态量，包括汽车纵向速度、侧向速度、横摆角速度、横摆角和侧向位移；MPC控制器根据参考侧向位移、横摆角以及汽车的实际状态量，求解出汽车的前轮转角和各个车轮的制动力并输入给CarSim汽车模型，控制汽车实现避撞控制；

该方法包括以下步骤：