[发明专利]一种多轴分布式车辆辅助转向安全约束计算方法

权利要求书

1.一种多轴分布式车辆辅助转向安全约束计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、针对行驶中的前向障碍物，在车辆坐标系下基于当前车速与横向加速度的限制，依次确定使车辆到达横向安全距离最快的极限转向轨迹，以及满足转向稳定的最短纵向位移，从而得到车辆当前状态下的极限避让轨迹；

S2、确定车辆与前方不同障碍物之间的最短距离与安全性成本函数，基于车辆与障碍物速度及发生相互碰撞的最大和最小时间确定采样范围，并在所述采样范围内执行二分法搜索使所述安全性成本函数满足允许误差的最小转向点；以该最小转向点作为所述极限避让轨迹的起点从而得到最晚极限避让轨迹；

S3、根据车辆实际轮廓及距离道路边界的安全距离裕度，设定车道安全边界；

S4、针对车辆姿态的稳定性包络线设定轮胎最大性能下的车辆横摆角速度和质心侧偏角约束，作为稳定性安全约束

S5、持续对所述最晚极限避让轨迹、车道安全边界及稳定性安全约束进行动态更新，并用于车辆辅助转向决策。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中假设车辆在避让轨迹的初始时刻与末端时刻均沿车道行驶，则在当前车速与横向加速度的限制下，定义以下五次多项式形式的极限转向轨迹：

式中，y为车辆横向位置坐标，x为车辆纵向位置坐标，y_t为车辆的横向位移，即转向轨迹末端距离初始时刻的横向距离，x_t为车辆的纵向位移，即转向轨迹末端距离初始时刻的纵向距离；

在车辆转向避障时的横向位移选择为前方障碍物与相邻车道距离的一半，并利用以下公式求解最短纵向位移

式中，v_x为车辆纵向速度，a_y,max,yt为车辆在横向位移y_t下稳定转向允许的最大侧向加速度；利用优化算法求得最短纵向位移后，结合横向位移y_t即能确定出当前状态下的极限避让轨迹R_obs,a。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2车辆与前方不同障碍物之间的最短距离利用以下公式求解：

式中，x_ego,i、y_ego,i、x_tar,i、y_tar,i分别为车辆与障碍物上参考点坐标；n、m分别为车辆与前方障碍参考点的数量，当最短距离大于二者安全半径之和时认为车辆是安全的，反之则发生碰撞，考虑到控制误差和计算的误差增加安全裕度，具体表示为：

式中，分别为车辆与障碍上的参考基准点分解圆的半径，Ψ为设定的安全裕度；

安全性成本函数具体定义为：

基于车辆与前方障碍物速度及发生相互碰撞的最大时间τ_max和最小时间τ_min确定以下用于二分法搜索的采样范围F_s：

F_s∈[F_s,min,F_s,max]

式中，v_tar为前方障碍物的纵向速度；

二分法搜索的终止条件具体为：

L_safe,max≥J_safe≥L_safe,min

式中，L_safe,max、L_safe,min分别为搜索允许的最大和最小误差；

当达到该终止条件后取搜索区间的中间值作为最小转向点坐标D_st，并以该坐标点作为极限避让轨迹R_obs,a的起始点从而得到最晚极限避让轨迹。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S3中车道安全边界D_b具体由以下公式确定：

式中，D_ego,w为车辆上各参考点到车辆轮廓的最长距离，D_safe为车辆距离道路边界的安全距离裕度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤S4中所述车辆横摆角速度ω_r和质心侧偏角β约束具体设定为：

式中，μ为行驶路面的附着系数，α_max,i、α_min,i为车辆第i轴的轮胎侧偏角，g为重力加速度，l_i为车辆第i轴距离车辆质心的长度。