汽车主动避撞控制及决策的仿真分析与研究

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汽车保有量的快速增长给人们的生活带来了巨大的便利,但同时也造成了道路安全事故频发以及严重的交通堵塞等问题。近年来,智能汽车的快速发展为解决这些问题带来了希望。汽车主动避撞系统是汽车主动安全系统的重要组成部分,在紧急情况下通过控制车辆减速或转向以避免与前车发生碰撞,能够有效减少碰撞类交通事故的发生,提高车辆行驶的安全性。论文主要对智能汽车的主动避撞控制方法展开研究,分别从纵向制动、跟车、转向变道和转向/制动协同控制四种避撞方式进行分析,论文主要研究内容如下:(1)针对汽车纵向制动避撞控制方法,搭建了基于Car Sim软件的纵向动力学和逆动力学模型,通过模糊控制和PID控制相结合的分层控制方法实现了纵向制动避撞。针对弯道下容易因相邻车道的干扰而发生误制动的现象,设计了一种弯道补偿算法对弯道车辆进行位置补偿,避免了相邻车道车辆的干扰。(2)针对纵向避撞中缺乏对碰撞风险动态评估和预测的问题,提出了一种碰撞风险评估预测方法,通过计算未来时刻自车和前车的运动距离,建立了考虑速度和距离变化影响的代价函数,基于最优控制算法建立了求解期望加速度的目标函数。同时,增加了基于纵向PID控制的跟车速度补偿算法,保证了跟车过程的平稳。(3)从横向控制方法的角度出发,设计了车辆转向变道避撞控制策略。搭建了车辆运动学和动力学模型,在此基础上建立了车辆在运动过程中对轨迹跟踪的误差状态空间模型,利用Frenet坐标系的独特优势将变道轨迹分解成横向和纵向运动,基于所规划的变道轨迹,计算出转向避撞的临界安全距离。在设计转向变道避撞控制器时,充分利用纵横向PID控制和基于纵横向误差的MPC控制方法,实现对变道轨迹的准确跟踪。(4)针对单一避撞方式的局限性,设计了转向与制动协同避撞控制策略,该避撞策略在自车与前车距离小于转向避撞安全距离时,通过施加额外制动压力以缩短变道距离从而保证行驶安全。该控制策略采用上下层分层控制方法,上层控制器基于模糊控制方法,下层控制使用横向MPC控制方法对期望轨迹进行跟踪,与原转向避撞控制方法相比,该控制策略下的纵向变道距离更短,适用于紧急避撞场景。(5)为了保证车辆在较复杂环境下能够做出最佳决策以满足不同的避撞需求,设计了一种集成制动、跟车和转向的综合避撞策略。通过对多种避撞场景的分析和不同的碰撞安全距离模型建立了安全避撞域,基于安全避撞域设计了避撞决策切换逻辑,在Car Sim/Simulink中搭建了多种工况对不同的避撞场景开展联合仿真。
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