基于路面峰值附着系数与驾驶意图的车辆避撞安全技术研究

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目前主动避撞安全技术大多采用制动方式避撞,该方式在高速或低附着情况下存在较大局限:制动距离随车速呈指数增长,且路面附着系数越低相应制动距离也不断增大。在此基础上,研究发现转向避撞方式在高速或低附着工况下所需纵向距离较小,可对制动避撞进行有效补充。本研究针对目前主动避撞技术存在局限,考虑车辆制动过程、路面峰值附着系数及驾驶员意图等因素,提出一种结合纵向制动、转向换道避撞的主动避撞策略以提高车辆行驶安全性。论文主要研究内容如下:针对目前车辆主动避撞技术对路面附着状况及驾驶意图考虑不足造成在高速低附着路况下避撞效果不佳问题。采用Multi-Head注意力机制对Gate Recurrent Unit算法进行了-改进,结合搭建驾驶模拟器进行驾驶员在环实验采集的车辆行驶信号数据集,完成了对改进后算法模型的训练及验证,结果表明改进后的MultiHead Attention-GRU算法较单一LSTM、GRU算法具有更高的识别准确率且训练收敛速度快,能够实现对驾驶员意图的准确识别;通过Burckhardt轮胎模型进行了路面峰值附着系数估计方法的研究,结合路面利用附着系数与滑移率间关系,对相邻路面附着系数类比估算当前路面峰值附着系数,通过对单一路面及对接路面的峰值附着估计进行联合仿真,结果表明该估计方法在单一路面及对接路面切换情况下均能快速有效地完成路面峰值附着系数的估算。针对在高速低附着情况下碰撞时间TTC模型制动距离不足的问题,结合安全距离模型,通过推导车辆制动过程,考虑路面峰值附着系数对冗余距离进行优化,并考虑预警阶段驾驶员制动意图进行安全距离模型的改进,改进后的模型能够在高速低附着路面上有效完成制动,且预警时间短,对预警阶段驾驶员制动也能及时调整,在保证驾驶安全性前提下缩短冗余距离;同时建立了转向避撞安全距离模型,在制动距离不足情况下可采用转向换道进行紧急避撞,充分发挥车辆避撞性能。依据相关参数在Carsim中搭建整车模型并在Simulink中完成避撞策略及控制模型的建模,结合车辆逆动力学模型搭建了上层模糊控制和下层PID的分层控制,针对PID参数整定采用改进粒子群算法,提高系统控制精度;采用五次多项式方法进行换道轨迹规划,结合三自由度模型采用最优控制LQR算法进行轨迹跟踪。根据中国新车评价标准C-NCAP(2021版)中规定测试场景,在Carsim中搭建相应仿真工况结合Matlab/Simulink进行联合仿真验证,并设置不同附着行驶工况,验证本文设计车辆避撞策略及其控制算法的可行性与有效性。
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