自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制 被引量：30

1

作者 邓海鹏 麻斌 +2 位作者 赵海光 吕良 刘宇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期585-594,共10页

为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车... 为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明:所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。 展开更多

关键词 自主驾驶车辆 紧急避障 车辆点质量模型 模型预测控制 路径规划与轨迹跟踪

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半挂汽车列车高速紧急避障稳定性控制研究 被引量：5

2

作者 周淑文 张思奇 +1 位作者 郭立新 唐传茵 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期161-165,共5页

分析了半挂汽车列车转向的特点,对其稳定性控制原理进行了研究,包括横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制。在此基础上,建立了半挂汽车列车多体动力学模型,采用虚拟样机技术,对横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制进行运动学与动力学仿真。结果表... 分析了半挂汽车列车转向的特点,对其稳定性控制原理进行了研究,包括横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制。在此基础上,建立了半挂汽车列车多体动力学模型,采用虚拟样机技术,对横摆角速度跟踪控制和防倾覆控制进行运动学与动力学仿真。结果表明,装用车辆动态控制系统后,提高了半挂汽车列车高速紧急避障时的操纵稳定性,因而,其避障行驶的极限条件大大宽松。 展开更多

关键词 半挂汽车列车 紧急避障 车辆动态控制 防倾覆控制

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基于制动转向协同控制的智能车紧急避障研究 被引量：6

3

作者 王其东 李印祥 +2 位作者 陈无畏 赵林峰 谢有浩 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期395-403,425,共10页

为使车辆在紧急情况下能够快速稳定地完成换道避障,本文中将车辆纵向控制和侧向控制结合在一起,综合考虑车辆在紧急制动转向避障的过程中由于路面附着条件的限制可能会造成车辆失稳问题,在上层进行避障规划过程中加入基于哈密顿能量函... 为使车辆在紧急情况下能够快速稳定地完成换道避障,本文中将车辆纵向控制和侧向控制结合在一起,综合考虑车辆在紧急制动转向避障的过程中由于路面附着条件的限制可能会造成车辆失稳问题,在上层进行避障规划过程中加入基于哈密顿能量函数的理想纵向力和侧向力分配,并搭建稳态预测动态校正驾驶员模型跟踪规划的期望路径。然后利用Matlab/Simulink搭建3自由度车辆动力学模型,并基于Carsim和Labview的硬件在环试验对理想纵向力和侧向力的分配进行验证,仿真结果表明,所计算的纵、侧向力分配规律能够在车辆紧急制动转向避障时,在较短的时间和纵向距离条件下行驶到相邻车道。最后通过实车试验进一步验证了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 智能车 紧急避障 理想纵、侧向力 路径分割 路径跟踪

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汽车高速状态下紧急避障系统研究 被引量：4

4

作者 许媛 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第9期231-235,共5页

为了保证汽车在高速状态下紧急避障的安全性,研究了汽车紧急避障系统。建立了汽车动力学模型和质点模型;使用S函数规划了初步避障路径,考虑避障过程中路径内出现新障碍物的情况,提出了模型预测控制的路径再规划方法;在路径跟踪方面,考... 为了保证汽车在高速状态下紧急避障的安全性,研究了汽车紧急避障系统。建立了汽车动力学模型和质点模型;使用S函数规划了初步避障路径,考虑避障过程中路径内出现新障碍物的情况,提出了模型预测控制的路径再规划方法;在路径跟踪方面,考虑汽车高速行驶在低附着路面等极限工况,以路径跟踪误差最小和输入量最小为优化目标,设计了考虑车辆非线性特征的线性时变模型预测控制器。经仿真验证,在避障过程中路径内出现新障碍物时,路径再规划方法可以规划出一条安全、且偏离初步路径最小的路径;在极限工况下,线性模型预测跟踪控制器会发生甩尾危险,无法实现路径跟踪;而线性时变模型能够实现路径跟踪,且跟踪过程安全稳定。 展开更多

关键词 高速行驶汽车 紧急避障 路径再规划 线性时变模型预测控制器

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基于模型预测控制的智能车辆紧急避障系统 被引量：4

5

作者 邹旭东 贾志强 张丽霞 《青岛理工大学学报》 CAS 2020年第6期25-32,共8页

为了减少因危险交通条件或驾驶员操作失误等原因而导致的事故,提出了一种基于轨迹重规划与路径跟踪双层模型预测控制(MPC)的紧急避障策略.轨迹规划层采用了实时性较好的点质量模型,路径跟踪层则采用精度较高的车辆七自由度动力学模型,以... 为了减少因危险交通条件或驾驶员操作失误等原因而导致的事故,提出了一种基于轨迹重规划与路径跟踪双层模型预测控制(MPC)的紧急避障策略.轨迹规划层采用了实时性较好的点质量模型,路径跟踪层则采用精度较高的车辆七自由度动力学模型,以MPC算法为基础设计了控制器,并利用联合仿真平台验证其在不同工况下的鲁棒性.结果表明,所设计的控制器分别在不同车速和路面附着系数下都很好地完成了避障操作,且具有很强的鲁棒性. 展开更多

关键词 紧急避障 模型预测控制 智能车辆 轨迹规划 联合仿真

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基于风险概率的紧急避障控制策略研究 被引量：2

6

作者 谭兴文 周金应 龙军 《机械制造与自动化》 2022年第2期223-227,共5页

为改善汽车的紧急避障性能,提出一种定量评估车辆紧急避障风险概率的方法并建立相关的控制策略框架。采用时间-事件-流程模式分析整个车辆碰撞过程,并提出可行的转向允许曲线和制动允许曲线。定义车辆避障过程中的事件风险因子和事件损... 为改善汽车的紧急避障性能,提出一种定量评估车辆紧急避障风险概率的方法并建立相关的控制策略框架。采用时间-事件-流程模式分析整个车辆碰撞过程,并提出可行的转向允许曲线和制动允许曲线。定义车辆避障过程中的事件风险因子和事件损害因子,计算求解最终的避障风险概率。建立紧急避障控制策略框架,自动驾驶汽车可以选择风险概率最小的路径进行避障。为验证所提出的紧急避障控制策略的有效性,进行了驾驶模拟硬件在环实验测试。实验结果表明:在紧急避障控制策略的作用下,车辆可以实现最佳的避障路线,其控制精度较高,并且可以保证车辆的行驶稳定性。 展开更多

关键词 紧急避障 风险概率 控制策略 在环测试

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考虑最终风险概率的紧急避障控制策略 被引量：1

7

作者 刘贻华 邝家凯 《机电工程技术》 2022年第8期118-123,179,共7页

为改善汽车的紧急避障性能,基于车辆的运动学特性分析与辨识,通过对不同避障场景的量化分析,提出了可行的转向允许曲线和制动允许曲线,兼顾安全和实时的车辆紧急避障控制策略。通过定义车辆避障过程中的事件风险因子和事件损害因子,采... 为改善汽车的紧急避障性能,基于车辆的运动学特性分析与辨识,通过对不同避障场景的量化分析,提出了可行的转向允许曲线和制动允许曲线,兼顾安全和实时的车辆紧急避障控制策略。通过定义车辆避障过程中的事件风险因子和事件损害因子,采用时间-事件-流程模式分析整个车辆碰撞过程,并在PanoSim驾驶模拟器硬件在环实验平台分别进行了时速72 km/h和90 km/h车速避障行为测试,计算求解最终的避障风险概率。实验结果表明,根据建立的紧急避障控制策略框架,车速为72 km/h和90 km/h的避障误差分别为0.051 1 m和0.052 4 m,其控制精度较高,自动驾驶汽车可以选择风险概率最小的路径进行避障,如果现有避障路径不可避免地会发生碰撞,则控制策略会选择使车辆碰撞损害最小化的路径方案。在紧急避障控制策略的作用下,车辆可以实现最佳的避障路线,并且可以保证车辆的行驶稳定性。 展开更多

关键词 紧急避障 风险概率 控制策略 在环测试

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基于共识行为迁移算法的智能车紧急避障策略研究

8

作者 杨正才 景辉 李珂 《汽车零部件》 2022年第S02期33-40,共8页

智能驾驶车辆紧急主动避障策略是目前行业内研究的热点之一,为保证车辆在紧急工况下安全且快速地完成避障动作,利用共识行为迁移算法(consensus behavior migration algorithm,CBMA)规划初始避障轨迹点,采用约束函数将车辆移动步长引入... 智能驾驶车辆紧急主动避障策略是目前行业内研究的热点之一,为保证车辆在紧急工况下安全且快速地完成避障动作,利用共识行为迁移算法(consensus behavior migration algorithm,CBMA)规划初始避障轨迹点,采用约束函数将车辆移动步长引入一个可行区域的距离度量,计算适应度函数并对生成的新轨迹点进行评估,进而规划出一条最优避障轨迹;仿真结果验证了两级动态避障策略的可行性和有效性,基于CBMA算法的紧急避障策略能够有效避免与前方动态车辆发生碰撞,提高了智能车辆行驶的安全性。 展开更多

关键词 适应度函数 紧急避障策略 共识行为迁移算法

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基于广义Sigmoid函数的车辆紧急转向避障策略研究 被引量：6

9

作者 郭晓宇 王芃 +2 位作者 陈宁 徐晓美 姚嘉凌 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2021年第8期7-13,共7页

为提高无人车在紧急转向避障时的高效性和安全性,提出了一种基于广义Sigmoid函数的车辆紧急转向避障策略。首先,在Sigmoid函数基础上,引入米塔-列夫勒(Mittag-Leffler)函数,提出了一种广义Sigmoid函数。然后,研究了广义Sigmoid函数参数... 为提高无人车在紧急转向避障时的高效性和安全性,提出了一种基于广义Sigmoid函数的车辆紧急转向避障策略。首先,在Sigmoid函数基础上,引入米塔-列夫勒(Mittag-Leffler)函数,提出了一种广义Sigmoid函数。然后,研究了广义Sigmoid函数参数变化对避障路径的影响,并提出新的代价函数作为车辆紧急避障时选取路径的指标。接着,为了验证广义Sigmoid函数的效果,提出改进的Stanley轨迹跟踪器跟踪生成的紧急避障路径。最后,搭建三自由度车辆模型进行仿真。结果表明,相比于传统的Sigmoid函数,提出的广义Sigmoid函数能够提供更优的避障路径,且在改进Stanley算法下,车辆的动态响应效果更好。 展开更多

关键词 紧急转向避障 Mittag-Leffler函数 SIGMOID函数 改进Stanley算法

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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 被引量：5

10

作者 张家旭 施正堂 +1 位作者 赵健 朱冰 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1040-1049,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 高速紧急换道避障 轨迹规划与跟踪控制 Radau伪谱法 离散滑模变结构控制

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汽车避障工况下稳定性控制研究 被引量：4

11

作者 汤沛 魏民祥 赵万忠 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期96-100,共5页

为改善车辆紧急避障工况下的稳定性,建立滑模控制系统。设计七自由度非线性整车动力学模型和人车路闭环模型,运用滑模变结构理论,以车辆实际横摆角速度和理想的横摆角速度之差为输入变量,以前轮转角响应紧急避障要求为控制目标,以跟踪... 为改善车辆紧急避障工况下的稳定性,建立滑模控制系统。设计七自由度非线性整车动力学模型和人车路闭环模型,运用滑模变结构理论,以车辆实际横摆角速度和理想的横摆角速度之差为输入变量,以前轮转角响应紧急避障要求为控制目标,以跟踪理想横摆角速度为目的进行控制计算。结果表明,紧急避障工况下采用滑模控制系统设计的路径跟踪控制器,能够控制车辆跟踪规划的理想避让路径,横摆角速度幅值为0.234 rad/s,小于未加控制车辆的横摆角速度,响应速度更快;经过滑模控制的车辆在路径跟踪过程中质心侧倾角最大值为0.037 rad,小于未受控制的车辆的相应值。 展开更多

关键词 滑模控制 紧急避障 预瞄 横摆角速度 侧倾角 稳定性控制

原文传递

基于转向与制动协同的无人车辆轨迹跟踪控制 被引量：1

12

作者 李尧尧 郭超然 +1 位作者 李杨 赵玉壮 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期1185-1192,共8页

针对无人车辆轨迹跟踪控制在极端工况条件下的车辆失稳问题,提出一种考虑车辆横摆稳定性的前轮转向与差动制动分层协同轨迹跟踪控制策略。首先,顶层策略基于模型预测控制算法设计,控制输出为前轮转角,以实现常规工况下的期望轨迹跟踪控... 针对无人车辆轨迹跟踪控制在极端工况条件下的车辆失稳问题,提出一种考虑车辆横摆稳定性的前轮转向与差动制动分层协同轨迹跟踪控制策略。首先,顶层策略基于模型预测控制算法设计,控制输出为前轮转角,以实现常规工况下的期望轨迹跟踪控制;其次,底层策略基于滑模控制算法设计,得到车辆维持路径跟踪所需的附加横摆力矩,以提高极限复杂工况的横摆稳定性;进而,引入差动制动控制策略对单独车轮制动力矩进行动态分配。整车联合仿真结果表明,所提出的转向与制动分层协同轨迹跟踪控制策略及算法,在高速低附紧急避障工况下,能够有效避免车辆侧滑失稳,明显提高车辆稳定性及轨迹跟踪精度。 展开更多

关键词 无人车辆 高速低附 紧急避障 轨迹跟踪 分层协同

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激光测距雷达在剪叉式高空作业平台安全监测方面的研究及应用 被引量：1

13

作者 吴凡 吴善浒 宋兴彬 《中国建设信息化》 2023年第5期74-77,共4页

致力于通过应用在剪叉式高空作业平台上的激光测距雷达监测障碍物距离,进行紧急避障,提高设备使用的安全系数。经多轮性能测试,剪叉式高空作业平台安全监测设备的监测精度不大于±50mm,可以满足施工现场使用要求。

关键词 剪叉式高空作业平台 激光测距雷达 安全监测 电路集成 紧急避障

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基于主动转向与主动制动的智能车路径跟踪 被引量：4

14

作者 程硕 李亮 +1 位作者 陈百鸣 王翔宇 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期24-30,共7页

提出一种基于模型预测控制的分层路径跟踪控制器进行主动转向和差动制动控制.由预测监控状态模块、上层控制器和下层执行器组成.预测监控状态模块利用车辆动力学模型预测车辆未来状态;上层控制器计算期望的前轮转角和轮胎制动力;底层执... 提出一种基于模型预测控制的分层路径跟踪控制器进行主动转向和差动制动控制.由预测监控状态模块、上层控制器和下层执行器组成.预测监控状态模块利用车辆动力学模型预测车辆未来状态;上层控制器计算期望的前轮转角和轮胎制动力;底层执行器执行前轮转角和制动压力.通过Matlab与Carsim的联合仿真,结果显示,提出的控制器在高速紧急避障中的路径跟踪效果比预瞄驾驶员模型更好. 展开更多

关键词 路径跟踪 紧急避障 模型预测控制 主动转向 差动制动

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一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法 被引量：1

15

作者 李宁 孟繁乐 +2 位作者 曾柏伟 丁辉 王广志 《北京生物医学工程》 2017年第1期1-8,共8页

目的本文根据多自由度机械臂在外科手术、康复训练中与操作人员进行实时力位交互的需求,设计了一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法。方法首先通过安装在机械臂末端的六自由度力传感器检测作用在末端工具上的牵引力,然后应用... 目的本文根据多自由度机械臂在外科手术、康复训练中与操作人员进行实时力位交互的需求,设计了一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法。方法首先通过安装在机械臂末端的六自由度力传感器检测作用在末端工具上的牵引力,然后应用上位机中的力-位与力-速控制算法将力信息转化为机械臂末端预期位姿偏移量并更新机械臂末端运动速度,进而控制机械臂沿受力方向运动。本文进一步提出一种末端工具重力补偿算法,能够有效补偿机械臂末端工具重力在力传感器上的偏差值。结果实验模拟无框架立体定向手术的患者注册环节,在无牵引力作用时上位机补偿后的外力值控制在±0.2N以内,最大力控循环采样率30Hz,最大系统延迟52ms。结论通过牵引力控制能够方便地对机械臂实现力控牵引摆位及运动过程中的紧急避障,重力补偿效果明显。 展开更多

关键词 串联型机械臂 机械臂控制 力控牵引 紧急避障 重力补偿

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基于模型预测控制的自主应急转向系统设计 被引量：3

16

作者 陈亚伟 邵毅明 甘元艺 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2020年第1期9-14,共6页

采用多输入多输出模型预测控制(MIMO MPC)方法,设计了一种自主应急转向系统。采用前轮转角和直接横摆力矩两种输入的单轨模型,对横向位移和航向角进行预测。采用梯形加速度剖面法,根据最大允许横向加速度来规划避障路径。仿真结果表明:M... 采用多输入多输出模型预测控制(MIMO MPC)方法,设计了一种自主应急转向系统。采用前轮转角和直接横摆力矩两种输入的单轨模型,对横向位移和航向角进行预测。采用梯形加速度剖面法,根据最大允许横向加速度来规划避障路径。仿真结果表明:MIMO MPC利用前轮转向角跟踪期望的侧向位移,提高了侧向位移和航向角的跟踪性能,相比单输入单输出模型预测控制(SISO MPC)能更精确地跟踪规避路径。 展开更多

关键词 多输入多输出 模型预测控制 紧急避障转向

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