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自动驾驶汽车避撞极限研究*

［摘要］精确计算不同避撞控制策略的极限避撞距离是自动驾驶汽车避撞决策与控制的基础。为厘清差动制

动控制对避撞距离的影响，探究转向和差动制动集成控制的极限避撞能力，提高极限避撞距离的计算精度，本研究

基于非线性车辆集成动力学和最优控制理论提出一种自动驾驶汽车极限避撞距离计算方法。首先，建立了非线性

7自由度车辆动力学模型和复合滑移工况的Pacejka轮胎模型。进一步地，基于上述模型构建了极限避撞距离求解

问题，并将其转化为最优控制问题。然后，设计了高斯伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题并求解。最

后，分析了转向控制、制动控制、转向和制动集成控制、转向和差动制动集成控制的极限避撞距离，并与基于质点模

型计算和CarSim测试的结果进行了对比。结果表明：转向和差动制动集成控制能够进一步减少自动驾驶汽车的避

撞距离，显著提高其避撞能力；本研究所提方法能够显著提高极限避撞距离的计算精度和避撞决策结果的可靠性。

关键词：自动驾驶汽车；车辆集成动力学；避撞控制；避撞极限；高斯伪谱法

ResearchonCollisionAvoidanceLimitofAutonomousVehicles

［Abstract］Theprecisecomputationofthelimitcollisionavoidance（CA）distanceforvariouscollision

avoidancecontrolstrategiesisthebasisforcollisionavoidancedecision-makingandcontrolofautonomousvehicles.

ToclarifytheimpactofdifferentialbrakingcontrolonCAdistance，explorethelimitcollisionavoidancecapability

ofsteeringanddifferentialbrakingintegratedcontrol，andimprovethecalculationaccuracyofthelimitCAdis⁃

tance，inthisstudy，amethodforcalculatingthelimitCAdistanceofautonomousvehiclesbasedonnonlinearinte⁃

gratedvehicledynamicsandoptimalcontroltheoryisproposed.Firstly，anonlinear7-degree-of-freedomintegrated

vehicledynamicsmodelandaPacejkatiremodelwithcombinedslipconditionsareestablished.Subsequently，

basedontheestablishedmodels，alimitCAdistancesolutionproblemisconstructed，whichisthentransformedin⁃

toanoptimalcontrolproblem.Next，theGaussPseudospectralMethod（GPM）isdesignedtoconverttheoptimal

controlproblemintoanonlinearprogrammingproblemandsolveit.Finally，thelimitCAdistancesforsteeringcon⁃

trol，brakingcontrol，steeringandbrakingintegratedcontrol，andsteeringanddifferentialbrakingintegrated