基于危险斥力场的汽车主动避撞局部路径规划研究硕士论文

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1、湖南大学硕士学位论文基于危险斥力场的汽车主动避撞局部路径规划研究姓名：肖浩申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：郭孔辉；宋晓琳20120604摘要针对平直道路上碰撞交通事故的多发性和复杂性，提出一种基于危险斥力场的汽车主动避撞局部路径规划算法，它能在尽量不影响当前交通状况的情况下根据汽车前方的道路交通环境信息自动地规划出一条能够绕过前方障碍物的实时避障路径。首先介绍了本课题研究的背景与意义，对汽车主动避撞系统做了简要概述，总结了局部路径规划技术在国内外的研究现状，然后基于汽车要自动绕过障碍物的目的，

2、在定义系统功能的基础上，设计了汽车主动避撞系统的总体结构方案，确定了要实现该主动避撞功能所需的关键技术及其相互关系。借鉴人工势场理论的思想，从中国算盘的结构形式和算珠的拨动方式获得启发，提出了一种基于危险斥力场的汽车主动避撞局部路径规划算法。该算法建立了算盘式道路和危险斥力场数学模型。汽车越靠近斥力场，其所受的斥力就越大，表明发生碰撞的风险也越高。首先在道路左右边界和障碍物边界上添加虚拟斥力场，然后用有限根等刚度的线性拉伸弹簧依次将各算珠连接起来。根据算珠受到来自道路左右边界斥力、障碍物边界斥力和线性拉

3、伸弹簧拉力的共同作用而达到受力平衡静止状态，得到一个非线性方程组，利用Mathematica数学计算软件编写算法程序并调用牛顿迭代函数对该非线性方程组进行求解，得到一条能够安全避开障碍物且符合汽车操稳性要求的实时避障路径。为了对这条避障路径进行跟随，建立了基于预瞄跟随理论的驾驶员模型，并利用最优侧向加速度对其进行反馈校正。通过在Simulink建模工具箱中仿真实验，验证了该驾驶员模型具有良好的路径跟随效果。通过对多个静止障碍物和单个运动障碍物这两个工况的仿真实验，验证了汽车主动避撞系统功能以及基于危险斥

4、力场的局部路径规划避障算法的可行性与有效性。仿真结果表明，基于危险斥力场的局部路径规划避障算法能够规划出一条安全绕过障碍物且符合汽车动力学性能要求的避障路径，汽车能够较好地沿着这条避障路径行驶达到避开障碍物、安全行驶的目的。关键词：主动避撞；局部路径规划；人工势场理论；危险斥力场IIAbstractAccordingtothefrequencyandcomplexityoftrafficaccidentsonstraightroad，alocalpathplanningalgorithmforvehic

5、lecollisionavoidancebasedondangerousrepellantfieldswaspresented．Inthepremiseofnon-affectingthecurrenttrafficsituationasmuchaspossible，thedesiredcollision—freepathcanbeworkedoutbythisalgorithmwithtrafficenvironmentinformationahead．Thegeneralarchitectureof

6、collisionavoidancesystemwasdesignedandtherequiredkeytechnologyandtheirrelationswasdetermined．ThroughreferencingtheartificialpotentialfieldmethodandinspiringfromthestructureoftheChinaabacusanditsoperation，anabacus—typeroadmodelandthemathematicalmodelofdan

7、gerousrepellantfieldswereestablished．Thecloserthehostvehiclegetstorepellantfields，thegreatertherepellantandthehigherriskofcollisionare．Firstofall，thevirtualrepellantfieldontheroadboundaryandobstaclesboundarywereadded，andthenseverallinearextensionspringsw

8、iththesamestiffnesswereusedtoconnecteveryabacusalltogether．ByconstructingamodelofChinaabacus—likeroadwithtwo-laneanddangerousrepellantfields，beadachievedtheequilibriumwhichisbasedonroadboundaryrepellant，obstacleboundaryrep