基于驾驶行为的追尾避撞控制策略研究

本文中提出了一种通过制动或换道来实现的追尾避撞控制策略。首先通过模拟驾驶仪采集驾驶员避免追尾碰撞的换道时机、制动强度、最大加速度变化率和反应时间,构建了驾驶员制动避撞行为和换道避撞行为模型;然后建立基于制动安全距离、碰撞时间和换道安全距离的危险估计模型,实时计算行车发生追尾碰撞的危险等级并据此选取相应的主动避撞介入时机和方式;最后依据碰撞时间和结合前馈控制的线性状态反馈控制方法,分别建立制动避撞策略和换道避撞策略。Matlab仿真和实车试验验证结果表明,该避撞控制策略能通过自主换道或制动避免中低速跟车行驶时的追尾碰撞。

电动汽车侧向换道行驶主动避撞控制算法

为实现四轮独立驱动电动车的侧向主动安全避撞控制,建立了车辆侧向换道的安全距离模型,在此模型基础上依据避撞要求设计了相应侧向控制器。利用线性二次型调节器(LQR)方法求解出侧向换道最优反馈矩阵,并采用基于输入补偿的前馈补偿策略对系统进行偏转角控制跟踪,保证系统能精确跟随给定期望横摆角。最后,通过实验验证了电动车主动安全距离模型和车辆避撞控制器的有效性,实现了车辆安全稳定避撞功能要求。

基于分段优化的车辆换道避障轨迹规划

为提高复杂道路场景下智能车辆换道避障的安全性和舒适性,提出了一种基于分段优化的智能车辆换道避障轨迹规划方法。首先考虑多种换道可能,根据本车状态和多个采样点生成基于五次多项式的候选y-x曲线簇和x-t曲线簇;其次基于指数函数设计了一种障碍风险评价函数,并结合轨迹平顺性、利他性和行驶效率等构建了综合评价体系,选取出最优参考轨迹,为智能车辆换道避障提供方向和速度的参考,以防止轨迹优化时陷入局部最优;为适应障碍物运动状态时变的特点,以参考轨迹为引导,构建分段五次多项式y-x曲线和x-t曲线,并考虑与障碍车辆的碰撞风险建立了优化目标函数,将轨迹优化问题转换成带约束的非线性规划问题,通过外点法求出最优轨迹。最后基于MATLAB平台进行了仿真验证,结果表明,所提出的轨迹规划方法在满足换道平顺、舒适要求的基础上提高了车辆的环境适应性和避障调整能力。

车道变换碰撞预警分析及最小纵向安全距离模型的研究

分析了车道变换时车辆的各种运动状态,研究了避免发生碰撞的条件;根据车道变换,计算出不发生碰撞的起始最小纵向安全距离,在此基础之上,建立了最小纵向安全距离模型。

避让行为导致车辆在平曲线驶出路面的机理

通过仿真获得了平曲线上避让过程中车辆的动力学响应.根据轮胎侧向力的变化,分析曲线内外侧车辆避让轨迹的曲率变化.车辆驶出路面事故的机理是避让时产生了过大的附加曲率.驾驶者在避让之前应适当减速,以减小附加曲率导致的附加离心力;与对向来车交会之后应平缓地驶回到原来行车线.

基于换道后距离预测的横向安全预警模型

在主动避撞安全距离模型的基础上,假设自车在当前行车路况下进行安全换道,预测换道结束后自车与目标车道前、后车的距离,确定汽车横向安全预警系统发出换道危险警报的模型。通过仿真,证明运用该方法建立的横向安全预警模型是正确的。

基于可拓控制的智能车换道避撞系统研究

为提高智能车的换道避撞能力,以五次多项式为基础,建立了考虑路面附着、智能车和障碍物的纵向距离和道路的利用效率的换道避撞模型。为保证智能车对规划路径的跟踪能力,引入可拓理论来对智能车在不同行驶工况下进行切换控制,在低速高附着工况下采用预瞄PID控制,在保证跟踪精度的条件下,提高避撞实时性。在高速低附着工况下采用MPC控制,通过约束控制保证车辆避撞的安全性。利用Matlab/Car Sim建立联合仿真环境,分别在低速高附着路面与高速低附着路面两种典型工况下对智能车的换道避撞路径跟踪进行仿真验证。结果表明:通过可拓算法对智能车在不同工况下的路径跟踪进行切换控制,在保证跟踪精度的前提下,提高了智能车在低速高附着工况下的换道跟随求解实时性和高速低附着工况下的车辆稳定性。

车辆紧急变道避撞安全距离建模与仿真研究

针对当前汽车避撞控制方法采用制动操作导致的交通效率低下问题,进行了基于变道策略的紧急避撞研究。首先选取了较优变道轨迹模型,并对变道操作前是否应利用最大强度制动调整速度进行了讨论,在此基础上建立了安全距离模型。之后利用Carsim与Simulink搭建了联合仿真平台,同时应用模糊PID控制器,实现了闭环反馈控制。80km/h、100km/h、120km/h三种速度情况下的联合仿真结果表明,采用变道操作能够缩短安全距离,同时仿真轨迹与理想轨迹基本重合,说明所建立的安全距离模型准确有效。

高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型

针对高速公路弯道路段安全换道问题,本文中基于侧向速度正态分布拟合方法,建立了考虑人车路相互作用的高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型,并依据车辆安全避撞位置关系,提出了车辆弯道换道的安全性约束条件,获得了车辆制动换道方式下的车辆最小避撞安全距离。通过与传统模型和2自由度车辆动力学模型仿真对比,结果表明,该模型能较准确地描述车辆弯道路段换道运动轨迹和计算车辆避撞最小安全距离。车辆弯道避撞安全换道模型充分考虑了人、车、路之间的协同关系,为智能车辆与辅助驾驶的研究提供了参考。

基于避险时间的交织区车辆换道冲突分析

快速路交织区车辆换道行为研究对于剖析交织区交通流冲突及驾驶行为特性具有重要意义。本文通过建立车辆换道冲突模型,利用车辆轨迹提取软件提取车辆换道轨迹并计算得到了336组避险时间和233组碰撞时间,运用统计分析的方法对快速路交织区车辆运行特性和换道过程进行分析,将换道冲突分为4个等级,并提出了交织区车辆换道的合理建议和管理措施。研究成果将有助于进一步完善道路通行行为研究体系。

基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略设计

针对汽车高速紧急换道避障轨迹规划与跟踪控制问题,提出一种基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略。首先,采用汽车运动学与动力学模型相结合的方式将汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题转换成汽车高速紧急换道避障最优控制问题,再通过Radau伪谱法将其转化为非线性规划问题,从而直接得到汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题的最优解,即:目标轮胎纵向滑移率和目标前轮转向角速度。随后,采用离散滑模变结构控制理论设计了对参数摄动和外界干扰具有强鲁棒性的车轮滑移率自适应滑模跟踪控制律,实现目标轮胎纵向滑移率的跟踪控制。最后,基于高精度的车辆动力学软件构建模型在环仿真系统,验证所提控制策略的可行性和有效性。

基于横向稳定的减速变道轨迹与跟踪控制

随着自动驾驶的发展,无人自动驾驶车辆的控制已经成为热点。而无人自动驾驶车辆的安全性和稳定性是重中之重。针对智能驾驶汽车在一定换道距离下保持稳定的减速换道鲁棒性差的问题,提出了一种基于MPC模型预测控制器和比例积分PI控制器相结合双控制器的变道稳定性轨迹确定与跟踪控制方法。为了确定汽车行驶路线,横向与纵向位移分别由5次多项式和匀减速运动公式表示,理论推导了在确定换道距离下满足横向加速度限制的纵向减速度。纵向上通过动力学公式及速度比例积分控制调节制动压强,横向以模型预测控制器输出前轮转角。通过仿真,对不同车速与减速度下的换道时间系数进行标定,得出稳定换道时间与车速和减速度的关系,便于在不同工况中快速切换对应最合适的换道时间系数,防止车辆发生不稳定的动力学表现。最后进行了工况验证。结果表明:在保证横向稳定性的前提下,横向和纵向换道的完成精度分别为99.67%和99.95%,验证了算法的有效性。因此,在自动驾驶汽车轨迹规划和跟踪控制领域中,所提出的双控制器可以提高车辆的控制鲁棒性。

车辆弯道避撞控制研究

针对弯道路段前方行驶车辆紧急制动的危险工况,提出一种弯道换道的主动避撞控制算法。搭建弯道避撞模型,利用弯道安全距离模型实时判断是否处于危险工况,在危险工况下,利用逆动力学模型获得所需的转向盘转角,依据提出的换道路径进行转向避撞,为满足稳定性要求,采用扩展卡尔曼滤波对横摆角速度等关键状态变量进行实时跟踪。利用PreScan与MATLAB/Simulink障碍物。

智能车辆的避障路径规划与跟踪控制仿真分析

为提高智能车辆在高速行驶时避障换道的安全性,提出考虑防碰撞与防侧翻的避障路径规划与跟踪控制。首先根据障碍物与车辆的外切圆半径大小构建防碰撞约束条件,通过车辆的横向转移率来评价规划路径的侧翻风险,进而构建防侧翻约束条件,再结合传统的多项式路径规划推导出六次多项式路径规划公式。然后基于模型预测控制算法设计出避障路径跟踪控制器,并联合Carsim与Simulink进行仿真测试分析,验证该文所设计的避障路径是否满足避障要求,以及控制器在进行路径跟踪控制时的精度。最后对控制器在不同路面附着系数的条件下进行仿真,验证路径跟踪控制器具有较高的鲁棒性。

汽车主动避撞控制系统研究

针对安全行驶问题,从纵向紧急制动与侧向转向换道两方面出发,对汽车主动避撞系统进行研究。首先,围绕车辆制动过程建立安全距离模型,设计了基于模糊控制的纵向紧急制动模型。其次,设计侧向换道的触发机制,并依据等速偏移轨迹和正弦函数叠加对侧向换道的路径进行规划。最后,通过对汽车避撞运行工况进行仿真,验证了模型的有效性。

协同换道避障模型和轨迹数据驱动的车辆协同避障策略

考虑车辆类型、驾驶风格及不同阶段影响车辆换道的关键目标,将车辆避障过程中的“车-车交互”机理描述为力的关系,构建协同换道避障模型(CLAM),提取并建立适用于突发事件的车辆避障微观轨迹数据集,将车辆避障转化为多约束优化控制问题,以优化算法(OA)为纽带,设计车辆协同避障控制(CLAM-OA)策略。结果表明:相较于数据驱动的长短时记忆模型,CLAM-OA策略输出的误差均显著减小、车速与位移在不同时域的输出结果也更加稳定。

基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞系统

轨迹预测的不确定性会引发汽车换道避撞系统的预期功能安全(Safety of the intended functionality,SOTIF)风险,为此提出一种基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞控制方法。针对前方车辆紧急切入工况,首先利用切比雪夫区间分析方法量化前车切入轨迹的不确定性,推导轨迹预测安全边界的计算公式。然后据此进行自车换道碰撞危险分析,决策出换道避撞过程中自车的换道安全边界。接着以换道安全边界为约束,应用基于Tube的鲁棒模型预测控制(Tube-basedrobustmodel predictive control,Tube-RMPC)方法设计换道控制器,实现自车主动换道避撞控制。最后在Carsim与Simulink联合平台上开展仿真试验,比较此系统与没有考虑预测不确定性的换道避撞系统的安全性,并在硬件在环仿真台架上进行验证。结果表明,求解出的轨迹预测安全边界能有效包络前车切入轨迹的不确定性,基于轨迹预测安全边界的控制方法显著提升换道避撞系统的预期功能安全性能。

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞,改善道路交通安全状况,提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机,获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离,并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险,使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性.采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适,采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制,保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性,基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制,结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差,修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明:根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合,结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞.减少交通事故的发生。

一种基于模型预测复合控制的车辆避碰控制方法

为减少日益增长的交通安全问题,车辆碰撞预警及避碰控制系统必不可少。本文提出了一种结合车辆横纵向动力学的复合控制避碰方法,以达到减少交通事故发生的目的。首先,分别建立了车辆逆纵向和横向动力学模型,纵向控制器通过安全距离模型来判断车辆是否处于危险状态并进行碰撞预警,采用分层控制方法设计了上层模型预测控制器和底层单神经元PID控制器。横向上结合不同时速时的参数约束设计模型预测控制器。最后,在不同工况下进行了仿真实验,表明本文控制系统能成功避碰,提高了车辆的安全性、稳定性、舒适性。

面向紧急变道行为的协同避撞控制模型

针对网联混行环境下变曲率车道车辆突入变道行为影响自动车行车安全的问题,建立了融合模型预测控制和虚拟冲突场的紧急协同避撞控制模型(MPC-CAPF).利用长短期记忆网络(LSTM)预测侧车变道轨迹,并设计虚拟冲突点,构建基于虚拟冲突场的瞬态紧急避撞模型.为弥补势场力应用弊端,设计基于模型预测控制(MPC)的速度协同自适应控制器,实现侧车越线前的协同预控制.实验结果表明:MPC-CAPF模型能在变曲率紧急变道场景中有效避撞,预控制符合实际避撞过程中车辆运动状态;相比传统避撞模型,提前3 s完成避撞,加速度方差显著降低,并提前2 s达到稳定终止状态,为车辆的安全舒适性能提升奠定了理论基础.