冰雪下坡弯道情境下自动驾驶车辆安全速度规划方法

摘要

针对冰雪环境下自动驾驶车辆在下坡转弯道路中易发生侧翻和侧滑的问题，研究通过分析不同冰雪路面的特征以及车辆的横纵向动力学特性，构建了一种基于S形曲线的三阶段制动速度规划模型。该模型将车辆制动过程分为减速度增加段、恒定减速度段与减速度减小段三个阶段,综合考虑松雪、雪板以及冰板三种降雪后常见的冰雪道路附着系数、坡度和曲率等关键因素，基于道路信息得到自动驾驶车辆在不同冰雪下坡转弯路面的安全速度，并以安全速度为约束调整车辆行驶速度，实现自动驾驶车辆平稳制动。此外，为验证模型有效性，采用CarSim平台构建不同坡度、曲率以及路面冰雪道路场景进行仿真验证。仿真结果表明：在松雪路面上，车辆的横摆角速度最大值达到0.255 rad/s，质心侧偏角最大值为0.016 rad，侧向加速度最大值为3.05 m/s²；在雪板路面上，横摆角速度最大值为0.215 rad/s，质心侧偏角最大值为0.028 rad，侧向加速度最大值为2.14 m/s²；在冰板路面上，横摆角速度最大值为0.148 rad/s，质心侧偏角最大值约为0.051 rad，侧向加速度最大值为1.17 m/s²；此外，道路坡度和曲率增加会减慢制动，增加横摆角速度和质心侧偏角波动，降低侧向加速度，在低附着系数的冰雪路面上，车辆减速变慢，横摆角速度和侧向加速度降低，质心侧偏角增大。

关键词

自动驾驶 / 冰雪路面 / 安全速度 / 速度规划