[发明专利]基于稳定域的四轮独立驱动智能电动汽车路径规划方法

权利要求书

1.一种基于稳定域的四轮独立驱动智能电动汽车路径规划方法，其特征在于，包含：

建立非线性七自由度非线性车辆模型，七自由度包括纵向、侧向、横摆和4个车轮；

基于上述建立的非线性七自由度车辆模型，得出四轮独立驱动电动汽车的稳定域；

基于上述得出的稳定域，进行路径规划；

路径规划表达式为：

其中，t为转向避撞或变换车道的时间，0＜t＜t_a；t_a为车辆完成转向避撞或变换车道的时间；y_a为转向避撞或换道行为行驶路径的横向位移；c₁、c₂、c₃为期望路径表达式的系数，根据路径的边界条件和规划指标要求确定；

所述y_a和t_a由转向机构执行约束、车身稳定域约束、道路边界约束和环境几何约束确定；确定所述y_a和t_a的方法为：

转向机构执行约束：转向机构执行约束确定的参数y_a1的取值和前轮转角的关系表达式为：

v_xttan(δ_f)_min≤y_a1≤v_xttan(δ_f)_max

其中，v_x为纵向速度，t为转向避撞或变换车道的时间，(δ_f)_min、(δ_f)_max为车辆前轮转角的最小和最大前轮转角；

车身稳定域约束：根据稳定域得到横摆角速度和质心侧偏角的范围，计算出车身稳定下车辆转向过程的最长完成时间t_rmax和t_βmax，通过分别得到车身稳定域下横摆角速度和质心侧偏角的范围，并根据以转向时间为自变量的函数表达式进行求解；

横摆角速度和质心侧偏角分别表示为：

式中，v_x为纵向速度，v_y为侧向速度，a_y为侧向加速度，为以时间为自变量的横向位移函数表达式的二阶导数；

横摆角速度r、质心侧偏角β和转向完成时间t_s满足以下关系式：

r_min≤r≤r_max

t_a＝t_s≥max[t_rmax,t_βmax]

式中，r_max和r_min分别为车身稳定域下的最大和最小横摆角速度，为最大、最小前轮侧偏角下的质心侧偏角，为最大、最小后轮侧偏角下的质心侧偏角，t_rmax和t_βmax为稳定域下横摆角速度和质心侧偏角范围内求得的转向完成时间的最大值；

道路边界约束：道路边界约束表示为：

其中，y_a2为考虑道路边界约束确定的所规划路径的横向位移，y_v为车辆沿x轴方向的轴心线距车道线边界的横向位移，y_e为车辆沿x轴方向的轴心线距道路边界的横向位移，W为车辆的最大宽度；

环境几何约束：根据前方障碍物几何边界约束，求解出车辆完成转向避撞或变换车道的时间t_a：

x_a＜v_xt_a

其中，x_a为转向变道的横向位移，v_x为纵向速度；

其中，R₁为质心处的车辆转向半径，R₂为车辆前进方向且靠近障碍物的车身轮廓顶点处的转向半径，y_b为障碍物左边界距本车质心中心线延线的距离，Δd为设置的安全余量；

横向位移y_a的取值为：

y_a＝min(y_a1,y_a2)

其中，y_a为转向避撞或换道行为行驶路径的横向位移，y_a1为考虑转向机构执行约束确定的所规划路径的横向位移，y_a2为考虑道路边界约束确定的所规划路径的横向位移。