[發明專利]一種轉向盤突變力矩人性化調節的汽車緊急避撞控制方法

有效

• 申請號: 201711082163.9
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107885931B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李紹松;李政;張邦成;張裊娜;韓玲;朱小泉;鄭順航;王國棟;張軍
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B60W30/09;B62D5/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 田春梅

1.一種轉向盤突變力矩人性化調節的汽車緊急避撞控制方法，其特征在于，該方法是利用植有汽車緊急避撞控制算法的路徑動態規劃與實時跟蹤控制模塊根據實時采集的障礙物位置信息、目標點坐標、汽車行駛狀態信息，實時優化得出前輪轉角，控制汽車實現避撞；在控制避撞過程中，通過植有轉向盤突變力矩人性化調節算法的EPS力矩補償模塊根據車速、前輪附加轉角，確定補償控制力矩，將轉向盤突變力矩控制在理想范圍內，實現轉向盤突變力矩人性化調節的汽車緊急避撞；該方法包括如下步驟：

步驟1、路徑動態規劃與實時跟蹤控制模塊根據實時采集的障礙物位置信息、目標點坐標、汽車行駛狀態信息，實時優化得出前輪轉角，控制汽車實現避撞；其包括如下子步驟：

步驟1.1、汽車緊急避撞控制的性能指標設過程包括計如下子步驟：

步驟1.1.1、用預測時域內預測軌跡的終點坐標與目標點坐標誤差的二范數作為跟蹤性能指標，體現汽車的軌跡跟蹤特性，其表達式如下：

其中，H_p為預測時域，(X_t+Hp,Y_t+Hp)為預測時域內預測軌跡的終點坐標，由汽車動力學模型迭代獲得，避撞時汽車要達到的目標點坐標(X_g,Y_g)；

所述汽車動力學模型為：

其中，u₀為當前汽車縱向速度；為汽車側向速度；F_y,f、F_y,r分別為汽車前、后軸的車輪側向力，由魔術公式獲得；分別為汽車橫擺角、橫擺角速度和橫擺角加速度；l_f、l_r分別為汽車質心到前、后軸的距離；J_z是繞汽車質心的鉛垂軸的橫擺轉動慣量；M為汽車質量；X、Y分別為大地坐標系中汽車質心位置的橫縱坐標；α_f、α_r分別為前輪側偏角和后輪側偏角；δ_f為汽車前輪轉角；F_z,f、F_z,r分別為汽車前后軸載荷；

上述魔術公式的參數由試驗擬合得出，具體表達式如下：

其中，i＝1代表汽車前軸，i＝2代表汽車后軸，A_yi、B_yi、C_yi、D_yi、E_yi是試驗擬合參數，具體參數由表3所示：

表3魔術公式參數取值表

0]]>	1]]>	2]]>	3]]>	4]]>	5]]>	6]]>
1.75	0	1000	1289	7.11	0.0053	0.1925

步驟1.1.2、用前輪轉角變化率的二范數描述避撞過程中的轉向平滑特性，控制量為汽車前輪轉角，建立離散二次型轉向平滑指標為：

其中，H_c為控制時域，t表示當前時刻，Δδ為前輪轉角變化率，w為Δδ的權重系數；

步驟1.2、汽車緊急避撞控制的約束設計過程包括如下子步驟：

步驟1.2.1、設置轉向系統執行器約束，滿足執行器要求；

利用線性不等式限制前輪轉角的上下限得到轉向系統執行器約束，其數學表達式為：

δ_min＜δ_k，t＜δ_max k＝t，t+1……t+H_c-1 (3)

其中，δ_min為前輪轉角下限，δ_max為前輪轉角上限，Hc為控制時域；

步驟1.2.2、設置位置約束，保證避撞過程中不會與障礙物碰撞；

t時刻障礙物的位置信息可表征為N個離散點的集合，這些信息可由雷達測量獲得，其中第j個離散點的坐標表示為(X_j,t,Y_j,t)，t時刻的汽車質心坐標記為(X_k,t,Y_k,t)，可由汽車動力學模型計算得出，位置約束定為

其中，a為汽車質心到車頭的距離；b為汽車質心到車尾的距離；c為汽車車寬的一半；為以t時刻為起點預測時域內k時刻汽車的橫擺角；D_{x，j，t}為障礙物第j個離散點在汽車坐標系中到汽車質心的縱向距離，D_y,j,t為障礙物第j個離散點在汽車坐標系中到汽車質心的橫向距離；

步驟1.3、構建汽車緊急避撞多目標優化控制問題，求解多目標優化控制問題，以動態約束形式制定汽車行駛的不碰撞路徑，實現汽車緊急避撞控制，其包括如下子步驟：

步驟1.3.1、從雷達和車載傳感器獲取障礙物信息和汽車行駛狀態信息，并將障礙物信息和汽車行駛狀態信息輸入避撞控制器；

步驟1.3.2、利用線性加權法將步驟1.1.1所述跟蹤性能指標和步驟1.1.2所述轉向平滑指標轉化為單一指標，構建汽車緊急避撞多目標優化控制問題，該問題要同時滿足步驟1.2.1所述轉向系統執行器約束和步驟1.2.2所述位置約束，且保證緊急避撞系統輸入輸出符合步驟1.1.1所述的汽車動力學模型特性：

服從于

i)汽車動力學模型

ii)約束條件：(3)～(7)

步驟1.3.3、在緊急避撞控制器中，調用遺傳算法，求解多目標優化控制問題(8)，得到最優開環控制δ^*為：

服從于

i)汽車動力學模型

ii)約束條件：(3)～(7)

步驟1.3.4、利用當前時刻最優開環控制δ^*(0)進行反饋，實現閉環控制，實現了汽車緊急避撞控制；

步驟2、設計植有轉向盤突變力矩人性化調節算法的EPS力矩補償模塊，EPS力矩補償模塊根據車速、前輪附加轉角，確定補償控制力矩，將轉向盤突變力矩控制在理想范圍；其中，前輪附加轉角是路徑動態規劃與實時跟蹤控制模塊優化出的前輪轉角與駕駛員轉向輸入產生的前輪轉角的差值，由AFS系統來實現；設計過程包括如下子步驟：

步驟2.1、EPS力矩補償模塊的設計方法為：選取多名駕駛員進行實車調試，首先通過調試定車速、定前輪附加轉角下的力矩補償控制增益，試驗員根據駕駛員的主觀感受進行反復調試，保證轉向盤突變力矩能夠被駕駛員接受；

步驟2.2、改變前輪附加轉角，試驗員調試力矩補償控制增益使不同前輪附加轉角干預下的轉向盤突變力矩均可被駕駛員接受，進而確定出該定車速下的力矩補償控制增益；

步驟2.3、采用相同的方法確定出不同車速、不同前輪附加轉角干預下的力矩補償控制增益，完成車速、前輪附加轉角、力矩補償控制增益三維數表的確定，使用力矩補償控制增益三維數表進行力矩補償控制，將轉向盤突變力矩控制在理想范圍內，實現轉向盤突變力矩人性化調節的汽車緊急避撞。