طراحي مسير حركت و كنترل يكپارچه بر اساس مدل دوچرخه غيرخطي خودرو براي تعويض خط خودكارِ سرعت بالا

Trajectory planning and integrated control with the Nonlinear Bicycle Model for high-speed autonomous lane change

هدف اين پژوهش توسعه يك سيستم كمك راننده پيشرفته براي هدايت يكپارچه طولي- عرضي خودرو در مانورهاي تعويض خطِ سرعت بالا مي باشد. عملكرد سيستم به اين صورت است كه در مرحله اول با در نظر گرفتن موقعيت خودرو هدف، محدوده سرعت مجاز جاده و محدوده شتاب طولي قابل ارائه توسط خودرو، چندين مسير حركت با شتاب هاي مختلف توليد مي شوند. در ادامه با لحاظ نمودن ديناميك خودرو و ديناميك تاير، از ميان مسيرهاي توليد شده، مسير مناسب انتخاب مي گردد. بنابراين مسير حركت انتخابي، يك مسير عاري از برخورد و قابل پيمايش خواهد بود. نظر به اين كه در روش پيشنهادي، محاسبات طراحي مسير حركت به صورت جبري انجام مي شود، هزينه محاسباتي آن ناچيز بوده كه از جنبه پياده سازي عملي بسيار ارزشمند مي باشد. در گام بعد با استفاده از يك كنترل كننده يكپارچه طولي- عرضي، ورودي هاي كنترلي محاسبه و به عملگرهاي ترمز/گاز و فرمان ارسال مي گردند. براي كنترل يكپارچه از تكنيك مود لغزشي استفاده شده است. لازم به ذكر است كه هم در بحث طراحي مسير حركت و هم در بحث طراحي كنترل كننده يكپارچه، ديناميك غير خطي تاير در نظر گرفته شده است. نتايج شبيه سازي هاي انجام شده نشان مي دهند كه الگوريتم هدايت يكپارچه طولي- عرضي هم در حوزه طراحي مسير حركت و هم و در حوزه كنترل يكپارچه به خوبي عمل نموده است.

The purpose of this research is to develop an advanced driver assistance system (ADAS) for the integrated longitudinal and lateral guidance of vehicles in high speed lane change maneuver. At the first step, the ADAS by considering the target vehicle position, the speed limit of the road and the available range of longitudinal acceleration produced several trajectories with different acceleration. Then, by considering vehicle and tire dynamics, the optimal trajectory is selected. Therefore, the chosen trajectory is collision free and feasible. Because the trajectory planning is carried out algebraically, its computational cost is low. This feature is very valuable in the experimental implementation. In the next step, using a combined longitudinal-lateral controller, the control inputs are calculated and transmitted to the brake/gas and steering actuators. The integrated controller design is based on sliding mode technique. Trajectory planning and controller design is based on a nonlinear tire model. Simulation results are presented and the results show the effectiveness of the integrated longitudinal and lateral guidance system.