融合认知和动力学特性的轮毂电机电动汽车轨迹规划方法研究

The active obstacle avoidance system is an important constituent of the wheel hub motor independent drive electric vehicle’s active safety technology and the trajectory planning is a key technology of the active obstacle avoidance system. But, on the one hand, the existing trajectory planning methods only suitable for two wheel drive vehicles, it can not apply to four-wheel driving vehicles; on the other hand, the existing trajectory planning method has not comprehensive consideration of the vehicle’s safety, economy, efficiency, stability and reflection of the driver’s behavior characteristics. According to the problems of the existing trajectory planning method, the project aims to present a trajectory planning method, which can suitable for wheel hub motor independent drive electric vehicle and several kinds of evaluation indexes are considered synthetically. First, modeling of four-wheel independent drive electric vehicle dynamics model and the trajectory planning method is studied. The trajectory planning method is safe, economic, efficient and curvature-continuous. Second, the trajectory generation method based on the ACT-R cognitive model is studied, the trajectory that can reflect the driver’s behavioral trait can be generated. Finally, the trajectory optimization method is studied and the method can make the vehicle drive steadily. All of the methods were tested by simulation and real vehicle experiment. The aim of the project is to expand the trajectory planning’s research category and provide effective new methods for the wheel hub motor independent drive electric vehicle active obstacle avoidance system. The research results can be used in practical application fields, for example the wheeled mobile robot.

主动避障系统是轮毂电机独立驱动电动汽车主动安全技术的一项重要研究内容，而轨迹规划是主动避障系统的一项关键技术。但是，一方面，现有轨迹规划方法适用于两轮驱动的车辆，对四轮驱动车辆不一定适用；另一方面，现有方法没有综合考虑车辆行驶的安全、经济、高效、转向稳定和反映驾驶员行为特性等因素对轨迹进行规划。本项目旨在提出能够适用于四轮独立驱动电动汽车，且综合考虑各种评价指标的轨迹规划方法。首先，对四轮独立驱动电动汽车动力学模型进行建模，并对安全经济高效曲率连续轨迹规划方法进行研究。其次，研究基于ACT-R认知模型的轨迹生成方法，生成能够反映驾驶员行为特性的轨迹；最后，研究车辆行驶过程中满足转向稳定性的轨迹优化方法。所有提出方法均通过仿真和实车试验等方法进行验证。该研究可以拓展轨迹规划研究范畴，为四轮独立驱动电动汽车主动避障系统轨迹规划问题提供有效新方法，研究成果可用于轮式移动机器人等实际应用领域。

本项目研究轮毂电机独立驱动电动汽车主动避障系统的轨迹规划方法，提出能够适用于四轮独立驱动电动汽车，且综合考虑车辆行驶的安全、经济、实时、高效、转向稳定和反映驾驶员行为特性等因素的轨迹规划方法。.考虑非线性因素，针对四轮独立驱动电动汽车动力学特性，建立四轮独立驱动电动汽车动力学模型；研究安全经济实时高效曲率连续的轨迹规划方法，综合考虑车辆行驶的环境及安全节能实时和高效等因素，在最优控制的基础上进行改进，在连续的状态空间生成能够适应动态行驶环境的运动轨迹；研究电动汽车行驶过程中考虑人的行为特性的轨迹生成方法，基于ACT-R认知模型，建立一种能够反映驾驶员行为特性的轨迹生成框架结构，并对框架结构各个子模块的认知行为进行建模，以生成能够反映驾驶员行为特性的轨迹；研究车辆行驶过程中满足转向稳定性的轨迹优化方法，基于B样条曲线或者多项式曲线对生成的轨迹参数化，并基于改进遗传算法对生成轨迹进行优化，使得车辆沿着优化后轨迹行驶能够满足稳定转向的要求；设计一辆四轮独立驱动的轮毂电机电动汽车的实验车，对提出的轨迹规划方法进行试验验证，整车设计包括电动汽车结构设计、转向行为控制器软硬件设计与试制、制动系统的设计、传感设备的安装与调试、实车测试等，通过实车测试验证轨迹规划方法的有效性、实时性和可行性。通过上述研究可以拓展轨迹规划研究范畴，为四轮独立驱动电动汽车主动避障系统的开发设计提供理论基础。.该项目发表及录用论文12篇（均标注基金号，项目负责人均为第一作者或者通讯作者），其中SCI收录期刊论文3篇， EI收录期刊论文3篇，会议论文5篇，北大核心期刊论文1篇；申请和授权发明专利26件，其中授权发明专利11件，授权实用新型专利10件；依托该项目，项目负责人为第一完成人获得山东省机械工业科学技术协会二等奖1项，中国汽车工程学会越野车技术分会学术年会优秀论文奖1项。该项目培养博士生和硕士生6人，其中博士生1人，研究生毕业2人。