[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

摘要

一种自动驾驶汽车考虑侧向饱和约束的行驶速度优化方法，旨在解决转弯工况中确定速度优化区间，用于优化行车速度，保证车辆快速、稳定、安全的弯道行驶。该方法首先通过轮胎模型，求解轮胎侧向力极限值。再将轮胎侧向力带入车辆单轨模型，求解后轮侧向力。利用向心力公式，推导轮胎力恰到饱和时车辆前轮转角、速度与道路曲率的关系；结合车辆二自由度模型与线性轮胎侧向力模型，推导转弯过程中车辆速度、前轮转角与道路曲率的关系，在此基础上求解某一曲率路径下的速度与前轮转角的优化区间。根据当前规划轨迹，求得轨迹最小曲率半径，进而获取某一曲率半径道路下的优化速度。

主权项

1.一种考虑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，即可解得该段路径下的极限速度，从而获取优化区间的上限，用于调整车速。