Emergency steering control of autonomous vehicle for collision avoidance and stabilisation

ABSTRACT

Collision avoidance and stabilisation are two of the most crucial concerns when an autonomous vehicle finds itself in emergency situations, which usually occur in a short time horizon and require large actuator inputs, together with highly nonlinear tyre cornering response. In order to avoid collision while stabilising autonomous vehicle under dynamic driving situations at handling limits, this paper proposes a novel emergency steering control strategy based on hierarchical control architecture consisting of decision-making layer and motion control layer. In decision-making layer, a dynamic threat assessment model continuously evaluates the risk associated with collision and destabilisation, and a path planner based on kinematics and dynamics of vehicle system determines a collision-free path when it suddenly encounters emergency scenarios. In motion control layer, a lateral motion controller considering nonlinearity of tyre cornering response and unknown external disturbance is designed using tyre lateral force estimation-based backstepping sliding-mode control to track a collision-free path, and to ensure the robustness and stability of the closed-loop system. Both simulation and experiment results show that the proposed control scheme can effectively perform an emergency collision avoidance manoeuvre while maintaining the stability of autonomous vehicle in different running conditions.     

机车连挂仿真计算分析

分析了机车连挂过程的特点和主要影响因素,建立机车在连挂过程中的动力学计算模型;结合多自由度动力学微分方程,根据缓冲器的动力学特征讨论基于NewMark-β法的新解法;应用文章提出的模型和解法进行HXD1型机车的实例计算,并对计算结果进行讨论。     

面向性能的汽车运动动力学模型回顾

系统介绍了面向汽车性能而建立的、用于汽车运动动力学研究的专用模型.以模型发展历史为主线,从模型功用的角度,分析了建模的迁变动机.概括阐述经典的性能模型的建模方法及特点,并分析了性能模型在汽车工业中的应用价值.最后指出面向更高频率特性仿真的具有更精细动态品质的模型是汽车运动动力学模型的发展趋势之一.     

基于轨道车辆频域模型的二系垂向悬挂元件状态监测

基于轨道车辆动力学的频域模型对悬挂元件的状态监测问题展开讨论。以二系垂向悬挂元件故障为例,应用聚类经验模型分解方法（EEMD）分析悬挂元件故障对车体加速度的影响,并基于转向架与车体之间的动力学联系,设计了状态监测算法。研究结果表明：悬挂元件的故障发生在前转向架或后转向架对车辆动力学特性造成的影响不同,有必要对前、后转向架的悬挂元件分别建立状态监测变量;数值仿真试验说明,本文设计的悬挂元件状态监测算法能有效识别分属前、后转向架悬挂元件的工作状态,满足实时状态监测的要求。     

基于柔性多体动力学的桥梁检测车臂架的运动仿真

基于柔性多体动力学理论和拉格朗日方程建立了三节臂的桥梁检测车臂架的机械系统动力学模型。采用数值求解和结合动力学仿真分析软件,证明了柔性多体动力学方法建立的桥梁检测车臂架的运动微分方程,可以准确地描述桥梁检测车的各项动力学特性。通过对桥梁检测车臂架末端轨迹和驱动特性分析,表明了对于轻质长臂杆的桥梁检测车臂架系统必须考虑其柔性变形的影响。     

The characteristic velocity stability indicator for passenger cars

Driver assistance systems have received increased attention as market demands have pushed for improved automotive safety. These systems are designed to aid the driver by preventing any unstable or unpredictable vehicle behaviour. One global indicator for stability and driving conditions could help to manage the control algorithms and driver warning subroutines. Another problem which could be solved by a precise driving situation indicator is evaluating new vehicles during test drives. After a short introduction to a linear lateral vehicle model, an analytical approach for an online calculation of different driving conditions (i.e., stability, understeering, oversteering, and neutralsteering) is given. A characteristic velocity stability indicator is defined, which allows online computation of the present driving condition. Results are then checked against real measurements of a test vehicle.     

铁道车辆液压减振器的工作原理和数值模型

基于液压减振器的工作原理、内部结构和阀元件的性能,建立了一个新的液压减振器数值模型。该数值模型不仅将阻尼力作为减振器活塞杆的速度与位移的函数,同时还含有用于描述内部结构的基本参量,可以清楚地描述液压减振器的阻尼机制。应用该模型可进行液压减振器的动态性能分析、结构设计、元件选用等。模型计算结果与实验数据有较好的符合性。该数值模型易于实现计算机数值仿真,可以应用于车辆系统动力学性能的研究和减振器的结构参数、动态性能对车辆舒适性和稳定性影响的深入分析。     

弹性轨枕有碴轨道动力响应分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论所编制的程序,计算弹性轨枕有碴轨道与普通轨枕有碴轨道在相同工况下的动力响应。通过对两种轨道动力响应的对比分析,表明弹性轨枕不仅能够提高轨道弹性,缓和列车冲击,减轻道床振动,减少道碴粉化,延长轨道维护周期,还能保持行车的安全性与平稳性。     

高速机车车辆动力学模拟中的轮轨接触模型

为解决铁路实现高速化后严重加剧的车辆和线路状态恶化问题,必须从加强车辆—轨道系统动力学的 研究着手。迄今所发展的传统滚动接触理论仅适用于低频车辆动力学,且仅限于小蠕滑的情况。为适应高频车 辆—轨道系统动力学和大蠕滑的驱动动力学研究的需要,必须研究发展新的轮轨滚动接触力学。本文在对传统 滚动接触理论的发展作简要评述后,主要介绍并讨论了近期为配合铁路实现高速化而发展起来的新轮轨滚动接 触理论:高频非稳态滚动接触,非Hertz接触,有限元法,宏观滑动区域的接触模型及钢轨疲劳损坏机理等方 面问题。这些问题对铁路实现高速化的意义都是非常重大的。     

海洋工程深水开发浮式系统的耦合计算方法

当前海洋深水开发所用的浮式平台系统多为浮式船体与柔性系泊系统及立管系统的耦合体,这样,浮式船体与柔性系统之间必将有相互影响及相互作用.由于其整体系统的非线性及动力学特性,势必要求对深水浮式平台系统进行有效的时域耦合分析计算.本文首先简要介绍时域耦合分析的具体问题及解决方法,然后介绍作者近年来开发的HARP(Hull And Riser Program)耦合计算程序.