مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی مسیر حرکت در مانورهای تعویض خط بحرانی با در نظر گرفتن مرزهای پایداری خودرو

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
هادی سازگار 1
علی کیماسی خلجی 2
1 سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
2 دانشگاه خوارزمی
10.48311/MME.24.4.225
چکیده
امروزه با پیشرفت سیستم­های کمک راننده تا حد زیادی اثر خطای انسانی در حوادث رانندگی کاهش یافته است. توسعه این سیستم­ها بویژه برای مانورهای بحرانی و حادثه ساز مانند تعویض خط بحرانی در بزرگراه بسیار مورد توجه می­باشد. یکی از بخش­های مهم تعویض خط خودکار، طراحی مسیر حرکت می­باشد. در این پژوهش با در نظر گرفتن معیارهای اجتناب از برخورد و قابل پیمایش بودن مسیر، یک الگوریتم طراحی مسیر حرکت پیشنهاد شده است. نوآوری اصلی پژوهش حاضر این است که محدودیت­های دینامیکی و مرز­های پایداری خودرو با معیارهای کمی بیان شده و در طراحی مسیر حرکت در نظر گرفته شده­اند. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم طراحی مسیر حرکت از مدل کامل خودرو در نرم­افزار CarSim-Simulinkاستفاده شده است. همچنین برای تعقیب مسیر حرکت، یک کنترل یکپارچه طولی-عرضی نیز طراحی و پیاده­سازی شده است. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش­های قبلی، در مانورهای تعویض خط بحرانی سرعت بالا، ارزیابی دقیق­تری از قابل پیمایش بودن مسیر از منظر دینامیک خودرو ارائه می­دهد. این موضوع بویژه برای مانورهای بحرانی که شتاب عرضی مسیر حرکت نسبت به شتاب طولی غالب است، بیشتر نمایان می­شود.
کلیدواژه‌ها
طراحی مسیر حرکت
تعویض خط بحرانی
محدودیت‌های دینامیک خودرو
اجتناب از برخورد
مسیر قابل پیمایش

موضوعات

عنوان مقاله English

Motion Planning in Critical Lane Change Maneuvers Considering the Stability Margins of the Vehicle

نویسندگان English

hadi Sazgar 1
Ali Keymasi Khalaji 2
1 Iranian Research Organization for Science and Technology
2 Kharazmi University
چکیده English

In recent years, advancements in driver assistance technology have significantly minimized the impact of human error on traffic accidents. The development of these systems is of great interest, especially for critical and accident-causing maneuvers such as critical lane change on the highway. One of the important parts of automatic lane change is the motion planning. In this research, taking into account the criteria of collision avoidance and feasibility of the path, an algorithm for the motion planning is proposed. The main innovation of the present research is that the dynamic limits and stability margins of the vehicle have been converted into quantitative criteria and considered in the motion planning. To evaluate the performance of the motion planning algorithm, the complete model of the car is used in the Carsim-Simulink software. Also, to follow the designed path, an integrated longitudinal-lateral control has been designed and implemented. The simulation results show that the proposed method provides a more accurate assessment of the trajectory dynamic feasibility in high-speed critical lane change maneuvers compared to the previous methods. This issue is especially evident for critical maneuvers where the lateral acceleration of the trajectory is more dominant than the longitudinal acceleration.

کلیدواژه‌ها English

Motion Planning
Critical Lane Change
Vehicle Dynamic Limits
Collision avoidance
Feasible Path
1. Road traffic injuries [Internet]. Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/road-traffic-injuries.
2. Hari Priyadharshini A, Khan J, Sreedharan P, editors. Development and Validation of Adaptive Cruise Control Algorithm for ADAS Applications. Congress on Intelligent Systems; 2024: Springer.
3. advanced-technologies [Available from: https://www.nhtsa.gov/crash-avoidance/advanced-technologies.
4. Reda M, Onsy A, Haikal AY, Ghanbari A. Path planning algorithms in the autonomous driving system: A comprehensive review. Robotics and Autonomous Systems. 2024;174:104630.
5. Jin X, Li Z, Opinat Ikiela NV, He X, Wang Z, Tao Y, et al. An Efficient Trajectory Planning Approach for Autonomous Ground Vehicles Using Improved Artificial Potential Field. Symmetry. 2024;16(1):106.
6. Raeesi H, Khosravi A, Sarhadi P. Collision avoidance for autonomous vehicles using reachability-based trajectory planning in highway driving. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2024:09544070231222053.
7. Skačkauskas P, Karpenko M, Prentkovskis O. Design and Implementation of a Hybrid Path Planning Approach for Autonomous Lane Change Manoeuvre. International Journal of Automotive Technology. 2024:1-13.
8. Wang F, Shen T, Zhao M, Ren Y, Lu Y, Feng B, et al. Lane-Change Trajectory Planning and Control Based on Stability Region for Distributed Drive Electric Vehicle. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2023.
9. Luo H, Wang M, Luo W, Lv W, Yang D. Lane-changing trajectory planning model for automated vehicles driving on a curved road. Transportation research record. 2023;2677(1):929-42.
10. Tucker K, Gover R, Jazar R, Marzbani H. Feasible trajectory planning for minimum time manoeuvring. Vehicle System Dynamics. 2024;62(1):244-75.
11. Sazgar H, Azadi S, Kazemi R. Trajectory planning and integrated control with the Nonlinear Bicycle Model for high-speed autonomous lane change. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(2):103-14.
12. Sazgar H, Azadi S, Kazemi R. Trajectory planning and combined control design for critical high-speed lane change manoeuvres. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2020;234(2-3):823-39.
13. Sazgar H, Azadi S, Kazemi R, Khalaji AK. Integrated longitudinal and lateral guidance of vehicles in critical high speed manoeuvres. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2019;233(4):994-1013.
14. Sazgar H. Integrated Control of Longitudinal and Lateral Vehicle Dynamics to Improve Automated Lane Change Maneuver: K. N. Toosi University of Technology; 2019.
15. Rajamani R. Vehicle Dynamics and Control: Springer US; 2006.
16. Bakker E, Nyborg L, Pacejka HB. Tyre modelling for use in vehicle dynamics studies. SAE transactions. 1987:190-204.
17. Kiencke U, Nielsen L. Automotive Control Systems: For Engine, Driveline, and Vehicle: Springer; 2005.
18. Milanés V, González C, Naranjo JE, Onieva E, De Pedro T. Electro-hydraulic braking system for autonomous vehicles. International Journal of Automotive Technology. 2010;11:89-95.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 24، شماره 4
فروردین 1403
صفحه 225-238