我国机动车保有量迅速增长,交通运输繁忙,各类城市交通问题亟待解决。开展主动安全系统相关技术的研究,对于改善城市交通安全状况具有非常重要的意义。现阶段,研究人员通常围绕制动方式开发自主紧急制动系统,当面临高相对车速的行车工况时,自车与干扰车辆、行人的距离小于紧急制动系统所需的纵向制动距离。针对类似纵向制动距离不足的情形,本文提出了一种适用于城市工况的智能汽车紧急转向避撞策略,开展了紧急转向避撞轨迹规划及控制方法研究。智能汽车基于紧急转向操作方式实现主动避撞,主要过程包括:系统根据多传感器融合模块实时获取道路环境信息及行车状态信息,当工况满足紧急转向避撞功能触发条件时,控制器规划出符合安全性、适应性要求的紧急转向避撞轨迹,跟踪控制器发送避撞轨迹的跟踪控制指令,使得智能汽车到达目标位置,完成自主紧急避撞。为实现智能汽车紧急转向避撞,本文完成的研究内容包括:(1)转向安全距离模型的建立及自主紧急转向避撞决策设计。首先,确定城市道路工况为研究场景;其次,分析得到制动避撞极限距离、转向避撞极限距离、相邻车道车辆干扰下的防碰撞安全距离;最后,基于制动避撞极限距离、转向避撞极限距离、相邻车道车辆干扰下的防碰撞安全距离和及驾驶人主观意图,设计完整的自主紧急转向避撞功能触发机制。(2)智能汽车两段式紧急转向避撞轨迹规划。针对智能汽车的紧急转向避撞轨迹规划问题,为了提高智能汽车紧急转向轨迹规划的安全性和适应性,将紧急转向避撞过程分为初始阶段和规划阶段。首先,开展了优秀驾驶人转向避撞实验;其次,基于K均值聚类分析方法完成优秀驾驶人紧急转向避撞行为特征分析,得到不同速度区间下的方向盘转角跟随曲线,并将其作为紧急转向避撞初始阶段的直接输入;最后,将智能摄像头检测出车辆可行区域中心点全局横坐标作为规划阶段的期望横向距离,基于Sigmoid函数完成紧急换道规划阶段的轨迹规划,提高了轨迹规划算法的适应性。(3)四自由度车辆动力学模型的建立。基于车辆转向避撞期望轨迹和自车的状态参数计算出车辆横向控制所需要的前轮偏角。考虑车辆的横向、纵向、横摆及侧倾运动,通过建立四自由度车辆动力学模型以验证上述运动模型。(4)基于MPC的轨迹跟踪器设计。为了智能汽车按照转向避撞规划路径行驶至目标位置,实现紧急转向避撞轨迹的跟踪控制,设计了MPC轨迹跟踪器控制器。首先,建立并验证了四自由度车辆动力学模型,并将其作为模型预测控制的预测模型;而后,设计了轨迹跟踪器相关的三大环节,包括:线性时变预测模型、滚动优化、反馈效正。(5)仿真与实车试验验证。在Carsim仿真软件中开展汽车相关参数及各类仿真场景的设置,在Simulink中搭建MPC控制模型,利用Carsim/Simulink进行联合仿真,搭建实车验证平台并在实际道路环境中完成实车验证。仿真及实车试验结果显示,试验车辆成功避开障碍物且跟踪误差在合理偏差范围内,质心侧偏角、车身侧倾角、横向加速度等指标均属于安全约束范围,即期望参考轨迹重合度高、稳定性好。结果表明,本文提出的紧急转向避撞轨迹规划及轨迹跟踪控制方法可行、有效。