《汽车工程》好文推荐22：基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略设计

《汽车工程》编辑部将在2020年第8期发表的论文中向读者推荐3篇论文，以期引发行业对该论文的关注和相关技术的交流与讨论。

研究背景

目前，基于制动的主动避障系统在高速避障过程存在制动距离长，易导致后方汽车发生追尾事故等问题。针对此，通常采用通过转向和制动主动改变汽车行驶车道的避障系统，该系统制动距离短，且避障过程中汽车纵向速度损失小。但是，目前的相关研究均采用分层式架构设计汽车高速紧急换道避障系统，在轨迹规划层和轨迹跟踪控制层重复考虑了汽车运动学和动力学特性，极大地增加了汽车高速紧急换道避障系统设计的复杂性。

研究方法

论文首先采用汽车运动学和动力学模型相结合的方式将汽车高速紧急换道避障轨迹规划与跟踪控制问题转换成汽车高速紧急换道避障最优控制问题。其次，通过Radau伪谱法将汽车高速紧急换道避障最优控制问题转化为非线性规划问题，并通过求解该非线性规划问题直接得到汽车高速紧急换道避障轨迹规划与跟踪控制问题的最优解，即：目标轮胎纵向滑移率和目标前轮转向角变化率。然后，采用离散滑模变结构控制理论设计对参数摄动和外界干扰具有强鲁棒性的车轮滑移率自适应滑模跟踪控制律，实现目标轮胎纵向滑移率的跟踪控制。最后，基于高精度的车辆动力学软件构建模型在环仿真系统，验证所提控制策略的可行性和有效性。

研究结果

仿真结果表明：在高速紧急换道避障工况下，汽车在高速紧急换道避障最优控制策略输出的目标前轮转向角和车轮滑移率自适应滑模跟踪控制律输出的车轮制动力矩联合作用下，汽车侧向加速度满足预先设定的轮胎摩擦圆约束，并且汽车可以准确、稳定的跟踪汽车高速紧急换道避障最优控制策略规划出的避障轨迹，实现高速紧急换道避障功能。

创新点和意义

论文中提出的基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略，能有效提升汽车高速紧急换道避障过程的主动安全性，具有较大的工程应用价值。

《汽车工程》介绍

《汽车工程》创刊于1979年，由中国汽车工程学会主办，是综合反映我国汽车行业研究水平的学术性期刊，在国内汽车科技学术界极具权威性和影响力，被美国《工程索引》(Ei)等多家数据库收录，也是中国汽车行业唯一的Ei检索科技期刊。

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