[发明专利]一种智能汽车紧急工况下避撞轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种智能汽车紧急工况下避撞轨迹规划方法，以变道时间t、侧向加速度a_y、转向角速度三项性能指标构造目标函数，同时，基于稳定性约束、避撞空间约束、转向执行机构约束、边值约束构建规划约束条件从而得到最优轨迹，本发明基于最优控制理论，综合了非线性车辆动力学模型、稳定域信息和环境信息，并考虑车辆转向执行机构的饱和限制，最终能够得到满足优化目标的安全、稳定的避撞轨迹。

技术领域

本发明涉及车辆主动安全技术领域，尤其是一种智能汽车紧急工况下避撞轨迹规划方法。

背景技术

汽车保有量的快速增长使得道路交通安全问题日益突出。数据统计显示，由驾驶人的原因所引起的碰撞事故在交通事故中占比40％左右。因此，为提高行车安全性，避撞技术一直是车辆主动安全领域的重点发展方向。轨迹规划是智能汽车完成变道避撞行为的先决条件。当前针对常规工况下的轨迹规划研究已经非常完善，但在紧急工况下，由于现有轨迹规划方法无法反映车辆避撞过程中的非线性动力学特性，不能完全表征车辆系统的稳定性，导致其适用性存在问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的不足，本发明提出了一种智能汽车紧急工况下避撞轨迹规划方法，基于最优控制理论，综合了非线性车辆动力学模型、稳定域信息和环境信息，并考虑车辆转向执行机构的饱和限制，最终能够得到满足优化目标的安全、稳定的避撞轨迹。

本发明所采用的技术方案如下：

一种智能汽车紧急工况下避撞轨迹规划方法，以变道时间t、侧向加速度a_y、转向角速度三项性能指标构造目标函数其中，J为目标泛函，t₀、t_f分别是初始时间和终端时间，σ₁、σ₂、σ₃为权重系数；同时，基于稳定性约束、避撞空间约束、转向执行机构约束、边值约束构建规划约束条件从而得到最优轨迹；

进一步，所述稳定性约束是基于非线性车辆动力学模型的β-dβ相平面图，采用改进的五参数菱形法划分车辆稳定域，五参数分别为：质心侧偏角上极限质心侧偏角下极限质心侧偏角速度上极限质心侧偏角速度下极限平衡点横坐标β_e。

进一步，所述避撞空间约束包括障碍物约束和道路边界约束；

进一步，所述障碍物约束表示为：

其中，i是障碍物角点，S_οABCD是自车面积，S_ο1234是障碍物面积；j是自车角点，τ是安全系数，S_ΔiAB、S_ΔiBC、S_ΔiCD、S_ΔiDA分别是障碍物角点i与自车四个顶点之间形成的三角形面积；S_Δj12、S_Δj23、S_Δj34、S_Δj41分别是自车角点j与障碍物四个顶点之间形成的三角形面积；

进一步，所述道路边界约束表示为：Y_min+D_s≤Y_j≤Y_max-D_s,j＝A,B,C,D，其中，Y_min、Y_max分别是上、下道路边界纵坐标值，D_s是车体与道路边界需保持的安全余量，Y_j为自车角点的纵坐标值,j为自车角点。

进一步，所述转向执行机构约束是对车辆的前轮转角δ_f和转向角速度η进行约束，其中，δ_f,max、η_max分别表示前轮转角的最大值和转向角速度的最大值。

进一步，所述边值约束是对车辆避撞过程状态变量的初始条件和终端条件进行约束，