[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

说明书

本发明公开了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，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。本发明提出的四轮独立驱动电动汽车路径规划方法，不仅可以满足智能电动汽车日常驾驶需求，而且在紧急避撞、高速行驶等紧急工况下，同样具有工况适应性好、路径规划准确性高、容错能力强等特点，充分发挥四轮独立驱动电动汽车相比于传统汽车或集中式电动汽车的优势，将四轮驱动电动汽车智能驾驶层和底盘控制层充分紧密的结合，提高电动汽车行驶过程中的安全性和高效性。

技术领域

本发明属于新能源汽车设计与制造领域，涉及四轮独立驱动智能电动汽车路径规划技术，是一种四轮独立驱动智能电动汽车路径规划方法。

背景技术

随着汽车保有量的不断增加，伴随而来的道路交通事故频发、城市交通拥堵加剧和环境污染等一系列问题日益凸显，汽车行业迎来了“新四化”的挑战，将汽车电动化、网联化、智能化、共享化作为汽车行业发展的未来趋势和当前行业瓶颈的重要突破口，因此智能驾驶车辆作为国内外研究人员和工程师的研究热点。智能驾驶车辆不同于一般的室内轮式机器人它更多的是以较高速度在复杂的交通环境中行驶，当智能驾驶车辆在高速行驶中，一旦进入失稳状态，即使车载的稳定性控制系统介入，也经常无法恢复车辆的稳定行驶。但是如果充分利用智能驾驶车辆的信息处理和环境感知等方面的能力，利用车辆的动力学模型来预测其在未来一段时间内的行驶的状态，进而提前规划出满足横摆、侧滑等非线性动力学约束、道路边界约束以及环境几何约束的最优路径，并控制车辆在其车身稳定范围之内跟踪所规划出的路径，从而有效地避免交通事故，赋予汽车更高的安全性和高效性。

如今，电动汽车一般以集中式为主，集中式电动汽车轨迹规划和跟踪控制控制算法设计较为保守，即使充分考虑动力学约束规划出最优路径，但因为集中式电动汽车的运动学特性，车辆的纵横运动行为需要符合运动学关系，因此在面对复杂交通环境，集中式电动汽车有着无法突破的重要“瓶颈”，在行驶过程中遇到紧急障碍工况不进行减速或直接无法避障而发生交通事故。

四轮独立驱动电动汽车以轮毂电机为动力单元，融合独立驱动、制动、转向功能的新型电动汽车架构已被国内外研究人员认为是最具发展潜力的电动汽车架构之一。由于摆脱了机械结构限制，汽车各个方向的运动均能通过驱动、制动、转向和悬架子系统作动器施加主动干预，通过合理分配多执行机构的控制指令，能够实现轮胎力矢量控制，相比于集中式电动汽车，四轮独立驱动电动汽车的控制维度变高，因此四轮独立驱动电动汽车的出现为重新设计智能驾驶架构提出新的“挑战”。四轮独立驱动驱动电动汽车的动力学特性不同于集中式电动汽车，它可以打破结构上固有的运动学约束，很多国内外研究表明，四轮独立驱动驱动电动汽车的稳定边界得到拓宽，控制性能比传统车辆得到提高。车辆行驶稳定性和运动可靠性是四轮独立驱动驱动电动汽车智能化水平评价的重要准则，如何充分利用冗余执行器进行提前的运动规划是四轮独立驱动驱动电动汽车实现智能化的关键问题之一，是复杂交通环境下智能驾驶车辆的必经之路。在汽车智能化发展满足多元使用场景需求的大背景下，充分利用四轮独立驱动驱动电动汽车的稳定域进行上层的路径规划至关重要，四轮独立驱动驱动电动汽车智能驾驶层和底盘控制层之间的关系密不可分而不能孤立。如何揭示四轮独立驱动驱动电动汽车的这种新动力构型车辆的稳定域影响机理，利用稳定域重新设计运动规划和跟踪控制架构成为当前四轮独立驱动驱动智能电动汽车的重要问题。

发明内容

本发明提出了一种四轮独立驱动智能电动汽车路径规划，在充分利用四轮独立驱动电动汽车稳定域的基础上进行路径规划，路径规划算法不仅可以满足智能电动汽车日常驾驶需求，而且在紧急避撞、高速行驶等紧急工况下，同样具有工况适应性好、路径规划准确性高、容错能力强等特点，充分发挥四轮独立驱动电动汽车相比于传统汽车或集中式电动汽车的优势，将四轮驱动电动汽车智能驾驶层和底盘控制层充分紧密的结合，提高电动汽车行驶过程中的安全性和高效性。

本发明解决解决技术问题采用如下技术方案是：