[发明专利]一种自动驾驶汽车侧向饱和约束下的行驶速度优化的方法

权利要求书

1.一种自动驾驶汽车侧向饱和约束下的行驶速度优化方法，其特征在于，无人驾驶汽车转向过程中只有行驶速度在速度区间内，才能避免轮胎侧向力饱和，保证车辆稳定行驶，该方法包含以下步骤：

步骤一

根据车辆参数，包括整车质量，质心到前轮的距离，质心到后轮的距离，通过载荷分配公式，求解车辆模型的前轮垂直载荷力，将所得垂直载荷力和轮胎参数带入到魔术轮胎模型中，得到车辆前轮轮胎侧向力和轮胎侧偏角的关系；

步骤二

基于步骤一得到的车辆前轮胎侧向力和轮胎侧偏角的关系，求解前轮胎侧向力极值并带入至车辆二自由度模型的横摆代数式中，求得后轮的轮胎侧向力；

步骤三

车辆前轮和后轮侧向力指向圆心方向的分力使汽车做圆周运动，联立向心力公式，解出在确定曲率半径的转弯工况中，轮胎侧向力最大时，车辆速度与前轮转角的关系式，具体如下：

其中F_fmax为前轮侧向力最大值，δ为前轮转角，α_f为前轮侧向力最大值对应的侧偏角，ρ为曲率半径，l_r为车辆质心到后轮的距离，l_f为车辆质心到前轮的距离，m为车辆的质量；

步骤四

在轮胎侧向力不饱和时，可假设轮胎侧偏角均处于小角度，在小角度假设条件下，通过车辆转向物理几何图形和车辆单轨模型，推导出在没有轮胎约束，道路曲率半径与车辆速度前轮转角的关系；

其中C_ar为后轮的侧偏刚度，C_af为前轮的侧偏刚度，V_x为车辆的纵向速度；

步骤五

联立步骤三，步骤四关系式，可求得一定道路曲率半径下的极限纵向速度和极限前轮转角；

步骤六

获取当前路径的曲率半径，将曲率半径最小值带入至步骤五中，即可解得当前路径下的极限速度，从而获取优化区间的上限，用于调整车速。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶汽车侧向饱和约束下的行驶速度优化方法，其特征在于，所述步骤一中

(1)前轮垂直载荷F_zf满足

其中g为重力加速度；

(2)魔术轮胎模型表达为

F(α)＝D·sin{C·arctan[B·α-E(B·α-arctan(B·α))]}

式中α表示轮胎的侧偏角，B,C,D依次由轮胎垂直载荷F_z和外偏角确定，B为刚度因子；C为曲线形状因子；D为巅因子；E为曲线曲率因子，表示曲线最大值附近的形状；F(α)表示的是轮胎侧向力。