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 .pdfVIP

汽车工程

２０２０年（第４２卷）第８期ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０２０（Ｖｏｌ．４２）Ｎｏ．８

ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０２０．０８．００７

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

１，２３１１

张家旭，施正堂，赵健，朱冰

（１吉林大学，汽车仿真与控制国家重点实验室，长春１３００２２；２中国第一汽车集团有限公司智能网联研发院，长春１３００１１；

３浙江亚太机电股份有限公司智能汽车控制系统研究院，杭州３１１２００）

［摘要］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。

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

ＯｐｔｍｉａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙＤｅｓｉｇｎｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＨｉｇｈｓｐｅｅｄＥｍｅｒｇｅｎｃｙ

ＬａｎｅＣｈａｎｇｅＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＲａｄａｕＰｓｅｕｄｏｓｐｅｃｔｒａｌＭｅｔｈｏｄ

１，２３１１

ＺｈａｎｇＪｉａｘｕ，ＳｈｉＺｈｅｎｇｔａｎｇ，ＺｈａｏＪｉａｎ＆ＺｈｕＢｉｎｇ

１ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｍｉｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２；

２ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＮｅｔｗｏｒｋＲ＆ＤＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＦＡＷＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１１；

３ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＶｅｈｉｃｌｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＺｈｅｊｉａｎｇＡｓｉａＰａｃｉｆｉｃＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１１２００

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｎｏｐｔｍｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｅｍｅｒｇｅｎｃｙｌａｎｅｃｈａｎｇｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅｉｓ

ｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＲａｄａｕｐｓｅｕｄｏｓｐｅｃｔｒａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ

ｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｅｍｅｒｇｅｎｃｙｌａｎｅｃｈａｎｇｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄ

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