第5期 黄维，等：自主车辆安全系数估计与T形路口避碰规划 ·413· 图5所示为2辆自主车的矢量合成位移，其中 矩形区域为第1~4s的虚拟冲突域.合成位移曲线 20 一期望车速 先与Y轴相交，表明自主车i先经过冲突域，进入并 一实际车速 线车道，此时两自主车不可能发生碰撞接下来， 2辆自主车按照3.2节给出的控制方法，恢复到协作 12 前各自的速度，待自主车驶出冲突域，完成两车的 并线.需要指出的是，先到达冲突域的自主车i在进 入冲突域时期望速度会保持不变，自主车j的期望 速度同样如此，因此，两车此时合成位移的斜率很 小待自主车i完全通过冲突域后，自主车i减速，自 4 6 810 I/s 主车加速，最终恢复协作前的速度.图5的合成位 移曲线在Y轴左半平面时，合成位移曲线斜率先大 图6自主车i的期望速度和实际速度 后小的原因是，在到达冲突域之前，自主车i已经达 Fig.6 Desired speed and real speed of vehicle i 到最大速度并在P控制器作用下，维持在最大速度 范围内小幅波动 一期望车速 ”一实际车速 20 C-area 0 -20 6 8 10 1/s 图7自主车的期望速度和实际速度 Fig.7 Desired speed and real speed of vehicle j 60 -40 -20 20 40 60 X方向位移m …自主车i 自主车 图5自主车i和自主车的矢量合成位移 Fig.5 Vector displacement of vehicle i and vehicle j 图6为自主车i的期望速度曲线和真实速度 曲线，在加速阶段，i的真实速度能够很好地跟随期 4 6 10 望速度的快速变化.随着期望速度的不断增加，由 t/s 于限幅作用，期望速度不再变大，将保持在最大期 图8自主车i和自主车j的速度误差 望速度不变，直至自主车i驶离冲突域，再减速至 Fig.8 Speed errors of vehicle i and vehicle j 原来协作前的速度.但真实速度会在期望速度不再 5 结束语 增加时，由于期望输出力的突然变化，实际输出力 本文结合人工势场思想，以安全系数为依据，评 与期望输出力的差值变大，会导致自主车i的实际 价自主车的安全程度，估计自主车辆的期望控制力 速度出现小幅波动，随着时间推移，由于数字PI控 大小，并根据给出的车辆动力学模型，计算车辆加速 制器的调节作用，波动会不断变小.自主车i驶离冲 度和速度，解决了自主车T形路口避碰问题在多车 突域后，PI控制器使i的真实速度较快跟随期望速 辆混合系统建模的基础上，将估计的期望车速与反 度恢复至协作前速度 馈的实际车速形成偏差，利用改进的增量型数字PI 图7为自主车的期望速度曲线和实际速度曲 控制器实现自主车纵向车速的准确控制，保证车辆 线，可以看出两车的速度调节机制刚好相反.需要说 在不停车的基础上实现协作避碰.但本文在克服人 明的是，在自主车i进入冲突域前，即4.4s时，自主 工势场法当自主车越靠近冲突域引力越小的不足 车j已经到达最大期望速度，而4.6s时自主车i才 时，可能会由于经验常数选取的不够合适导致安全 到达最大期望速度，这也是自主车i和自主车j期望 系数的估计变化过快，未来考虑通过实验测得适合 速度和真实速度的误差在4.6s才开始同步的原因， 两车协作的α和B,将α和B以知识库的形式存储， 如图8所示 便于两辆自主车协作初始时刻调用.图 ５ 所示为 ２ 辆自主车的矢量合成位移ꎬ其中 矩形区域为第 １ ~ ４ ｓ 的虚拟冲突域.合成位移曲线 先与 Ｙ 轴相交ꎬ表明自主车 ｉ 先经过冲突域ꎬ进入并 线车道ꎬ此时两自主车不可能发生碰撞. 接下来ꎬ ２ 辆自主车按照 ３.２ 节给出的控制方法ꎬ恢复到协作 前各自的速度ꎬ待自主车 ｊ 驶出冲突域ꎬ完成两车的 并线.需要指出的是ꎬ先到达冲突域的自主车 ｉ 在进 入冲突域时期望速度会保持不变ꎬ自主车 ｊ 的期望 速度同样如此ꎬ因此ꎬ两车此时合成位移的斜率很 小.待自主车 ｉ 完全通过冲突域后ꎬ自主车 ｉ 减速ꎬ自 主车 ｊ 加速ꎬ最终恢复协作前的速度.图 ５ 的合成位 移曲线在 Ｙ 轴左半平面时ꎬ合成位移曲线斜率先大 后小的原因是ꎬ在到达冲突域之前ꎬ自主车 ｉ 已经达 到最大速度并在 ＰＩ 控制器作用下ꎬ维持在最大速度 范围内小幅波动. 图 ５ 自主车 ｉ 和自主车 ｊ 的矢量合成位移 Ｆｉｇ.５ Ｖｅｃｔｏｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｊ 图 ６ 为自主车 ｉ 的期望速度曲线和真实速度 曲线ꎬ在加速阶段ꎬｉ 的真实速度能够很好地跟随期 望速度的快速变化.随着期望速度的不断增加ꎬ由 于限幅作用ꎬ期望速度不再变大ꎬ将保持在最大期 望速度不变ꎬ直至自主车 ｉ 驶离冲突域ꎬ再减速至 原来协作前的速度.但真实速度会在期望速度不再 增加时ꎬ由于期望输出力的突然变化ꎬ实际输出力 与期望输出力的差值变大ꎬ会导致自主车 ｉ 的实际 速度出现小幅波动ꎬ随着时间推移ꎬ由于数字 ＰＩ 控 制器的调节作用ꎬ波动会不断变小.自主车 ｉ 驶离冲 突域后ꎬＰＩ 控制器使 ｉ 的真实速度较快跟随期望速 度恢复至协作前速度. 图 ７ 为自主车 ｊ 的期望速度曲线和实际速度曲 线ꎬ可以看出两车的速度调节机制刚好相反.需要说 明的是ꎬ在自主车 ｉ 进入冲突域前ꎬ即 ４.４ ｓ 时ꎬ自主 车 ｊ 已经到达最大期望速度ꎬ而 ４.６ ｓ 时自主车 ｉ 才 到达最大期望速度ꎬ这也是自主车 ｉ 和自主车 ｊ 期望 速度和真实速度的误差在 ４.６ ｓ 才开始同步的原因ꎬ 如图 ８ 所示. 图 ６ 自主车 ｉ 的期望速度和实际速度 Ｆｉｇ.６ Ｄｅｓｉｒｅｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉ 图 ７ 自主车 ｊ 的期望速度和实际速度 Ｆｉｇ.７ Ｄｅｓｉｒｅｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｊ 图 ８ 自主车 ｉ 和自主车 ｊ 的速度误差 Ｆｉｇ.８ Ｓｐｅｅｄ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｊ ５ 结束语 本文结合人工势场思想ꎬ以安全系数为依据ꎬ评 价自主车的安全程度ꎬ估计自主车辆的期望控制力 大小ꎬ并根据给出的车辆动力学模型ꎬ计算车辆加速 度和速度ꎬ解决了自主车 Ｔ 形路口避碰问题.在多车 辆混合系统建模的基础上ꎬ将估计的期望车速与反 馈的实际车速形成偏差ꎬ利用改进的增量型数字 ＰＩ 控制器实现自主车纵向车速的准确控制ꎬ保证车辆 在不停车的基础上实现协作避碰.但本文在克服人 工势场法当自主车越靠近冲突域引力越小的不足 时ꎬ可能会由于经验常数选取的不够合适导致安全 系数的估计变化过快ꎬ未来考虑通过实验测得适合 两车协作的 α 和 βꎬ将 α 和 β 以知识库的形式存储ꎬ 便于两辆自主车协作初始时刻调用. 第 ５ 期 黄维ꎬ等:自主车辆安全系数估计与 Ｔ 形路口避碰规划 􀅰４１３􀅰