摘要
目前，以自动紧急制动系统为代表的主动避撞系统得到了快速的发展，已经较为成熟并进入规模化商用阶段。但自动紧急制动系统只能通过制动来避免碰撞，并且制动距离随着车速呈指数增长，随着路面附着系数降低也不断增大，在高速或低附着路况具有较大的局限性。转向避撞方式在此工况下所需的纵向距离较小，因此车辆转向是另一个避撞的有效措施。本文针对自动紧急制动避撞系统的局限性，综合考虑制动、转向避撞方式的优势，提出一种基于制动转向协同的智能车辆避撞策略，以提高智能车避撞能力。 首先，建立了车辆动力学模型，包括考虑横向运动和横摆运动的二自由度动力学模型、基于魔术公式的轮胎模型、简化后的动力学模型，用于本文换道轨迹跟踪器的设计。对避撞系统总体方案进行了设计，选取毫米波雷达作为本文传感器，并利用传感器检测到的与前车实际距离，与制动、转向安全距离比较，制定合理的制动、转向避撞切换策略。 其次，设计了考虑车速和路面附着系数的制动避撞控制系统。通过对汽车行驶过程受力分析，建立纵向逆动力学模型。通过对汽车制动过程分析，建立考虑路面附着系数、前车行驶状态的分级预警策略。根据分层控制的思想，设计了基于模糊控制的上层控制器，输出智能车期望加速度，设计了基于粒子群PID(Proportion Integral Derivative)算法的下层控制器，控制车辆跟踪期望加速度。 再次，设计了考虑车速和路面附着系数的转向避撞控制系统。采用五次多项式函数作为换道参考轨迹，通过建立目标函数，优化求解多项式中未知参数，得到最优的换道轨迹。通过分析换道过程中与前车的临界碰撞点，建立考虑路面附着系数、车速、车身长度的最小安全距离模型。采用模型预测控制算法，通过建立约束条件，设计换道轨迹跟踪控制器。 最后，进行了基于CarSim和Matlab/Simulink避撞系统的仿真验证。参考C-NCAP(2021版)测试工况及方案，验证了制动避撞系统的有效性。选取高相对车速或低附着系数的高速路况，验证了换道避撞系统的有效性。选取多车道多车辆复杂路况，验证了制动、转向避撞切换策略的正确性。
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