南京航空航天大学研究生宿舍，南京航空航天大学研究生宿舍图片
引用论文
金智林,何少炜, 黄舒伟. 融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(4): 145-154.
JINZhilin, HE Shaowei, HUANG Shuwei. Research on SUV Lane Changing Trajectory Planning Method Integrating Rollover Stability[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(4): 145-154.
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自动驾驶能缓解交通压力、降低能耗、提高道路安全等。随着人工智能算法、通信技术、导航、传感器等技术进步，智能车辆也不断发展。车辆安全性是自动驾驶汽车的重要保障，考虑安全性应贯穿自动驾驶整个工作流程，包括环境感知、驾驶行为决策、轨迹规划和轨迹跟踪。防止侧翻是车辆的重要安全因素，据美国国家高速公路安全局2021年发布的数据显示，2019年美国超过120万车次交通事故中车辆侧翻事故仅占1.8%左右，但15.8%的致命事故是由于车辆侧翻导致的。
目前轨迹规划研究重点关注车辆躲避障碍物的安全因素，而车辆侧翻安全考虑很少。但高速行驶车辆进行避障换道时，经常发生侧翻事故，尤其是重心高的SUV和卡车。因此轨迹规划中考虑车辆侧翻稳定性非常重要。为了既能保障 SUV 换道躲避障碍物时侧倾的安全性，又能改善 SUV 的舒适性。 南京航空航天大学金智林副教授团队 提出融合侧翻稳定性的 SUV 换道轨迹规划方法。并以题为 《融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法研究》 发表在 《机械工程学报》2023年第4期 。
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试验方法
（1）本文首先建立SUV动力学模型，推导了易于测量的SUV侧翻稳定性评价指标，验证了指标准确性；获得了SUV侧翻稳定性及侧滑稳定的评价依据。
（2）将SUV换道轨迹生成过程分成预规划和重规划两个阶段，预规划阶段选用五次多项式生成横向轨迹簇，重规划阶段考虑周围车辆动态变化，生成包含自车纵向速度信息的轨迹簇。生成的轨迹簇经过碰撞条件筛选、侧翻稳定性判据及侧滑稳定性判据筛选、以及根据乘坐舒适性、规划效率等条件进行优化，求解最优轨迹。
（3）最后设计了两种典型场景验证所提出的运动规划算法的性能。场景中要求SUV既能躲过障碍物，又不会因为过度转向造成侧翻和侧滑危险，仿真结果显示所提出的运动规划算法很好地兼顾了避障和防侧翻能力，能够有效避免碰撞，同时降低侧翻风险，验证了算法的有效性。
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试验结果
（1）设计五次多项式生成预规划的横向轨迹簇，考虑周围车辆动态变化，生成包含自车纵向速度信息的轨迹簇。经过碰撞条件筛选、侧翻稳定性判据及侧滑稳定性判据筛选的轨迹是可跟踪的稳定轨迹。
（2）所设计的SUV轨迹规划方法可快速筛选有用的轨迹簇，减少计算量，提高算法的规划效率。
（3）两种典型场景验证所提出的运动规划算法的性能，包括前车静止场景和前车汇入场景。结果显示，所提出的运动规划算法很好地兼顾了避障和防侧翻能力，既能够有效避免碰撞，又不会因为过度转向造成侧翻和侧滑，降低了侧翻和侧滑风险，验证了算法的有效性。
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结论
本文主要研究内容和工作如下：
（1）采用五次多项式拟合生成换道轨迹，并分为预规划和重规划，能够优化加速度变化率，获得良好的乘坐舒适性，且能响应换道过程中周围车辆运动状态的变化。
（2）融合侧翻稳定性设计轨迹簇筛选代价函数，得到轨迹保障SUV无碰撞、换道效率高、无侧翻和侧滑危险。
（3）融合侧翻稳定性约束对筛选出的轨迹在限定范围内优化，即可保障换道安全，又可减少轨迹簇及优化的计算量，提高轨迹规划方法的效率。
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前景与应用
融合汽车侧翻稳定性的SUV路径规划方法，可防止SUV换道过程因为躲避障碍物过度转向，导致SUV发生侧翻和侧滑危险。本文在智能SUV路径规划研究中考虑了侧翻和侧滑安全，融合汽车侧翻动力学的理论，推导SUV侧翻稳定性评价指标，将静态障碍物、动态行驶车辆、汽车侧翻安全、侧滑安全、规划效率、乘坐舒适性等因素融合，获得SUV最优行驶轨迹。因此，本文在智能SUV主动安全路径规划方面有很大创新，为将来实现无人驾驶SUV主动安全研究提供了帮助，具有很大的应用前景。
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[1] 王明强, 王震坡, 张雷. 基于碰撞风险评估的智能汽车局部路径规划方法研究. 机械工程学报, 2021, 57(10): 28-41.
[2] HU J, XIONG S, ZHA J, et al. Lane detection and trajectory tracking control of autonomous vehicle based on model predictive control. International Journal of Automotive Technology, 2020, 21(2): 285-295.
[3] JIN Zhilin, LI Jingxuan, WANG Hong, et al. Rollover prevention and motion planning for an intelligent heavy truck. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2021, 34(1): 1-15.
[4] WANG H, HUANG Y, Khajepour A, et al. Crash mitigation in motion planning for autonomous vehicles [J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2019, 20(9): 3313-3323.
[5] NDIKUMANA A, TRAN N, KIM D, et al. Deep learning based caching for self-driving cars in multi-access edge computing [J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2020, 22(5):1-16.
主创简介
金智林，男，1978年出生，南京航空航天大学能源与动力学院副教授。主持国家自然科学基金面上项目和青年基金项目，江苏省自然科学基金项目，中国博士后基金一等资助项目，教育部重点实验室开放基金，企业横向课题等；参与国家重点研发计划项目，973计划项目，国家自然科学基金面上项目。获得教育部科技进步二等奖，出版著作2部，发表SCI/EI学术论文30余篇，申请发明专利50余件。
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团队研究方向
车辆动力学与控制，智能车底盘线控技术，具体包括汽车侧翻动力学研究、汽车防侧翻控制及硬件在环实验研究、汽车线控制动系统性能分析及控制、汽车线控转向系统性能分析及控制等。
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近两年团队发表文章
[1] Z Jin, Z Yan, W Zhao. Rollover stability and anti-roll control of vehicle with driver in the loop [J]. International Journal of Vehicle Design, 2022, 90(1-4): 19-41.
[2] Z Jin, S Zhang, J Weng. Immune particle swarm optimization of SUV rollover crashworthiness and weight [J]. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2021, 64(3): 1161-1174.
[3] Z Jin, J Li, S Huang. Rollover detection and prevention of a heavy-duty vehicle on banked and graded uneven road [J]. International Journal of Vehicle Design, 2021, 87(1-4): 218-248.
[4] Z Jin, J Li, H Wang, et al. Rollover prevention and motion planning for an intelligent heavy truck [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2021, 34(1): 1-15.
[5] Z Jin, S Zhang, J Weng. Immune particle swarm optimization of SUV rollover crashworthiness and wei Study on rollover crashworthiness of a bus with local functional graded thickness sidewall pillar [J]. International Journal of Crashworthiness, 2021, 26(6): 692-704.
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实验室或者课题组在研项目和获得的研究成果
论文发表图1
论文发表图2
论文发表图3
出版的著作封面
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实验室或者课题组特色
课题组自从2008年组建以来，致力于车辆系统动力学及汽车电子方面的研究，其中重点在汽车的侧翻稳定性及防侧翻控制方面投入较大的研究力度，在稳定性研究方面，提出了一系列的侧翻稳定性评价指标，如汽车动态侧翻指标，针对绊倒型的侧翻评价指标，三轴式客车的前后轴不同的评价指标，在防侧翻控制方面，提出了多种群优化的客车鲁棒防侧翻控制及滑模优化控制的控制方法，针对汽车的绊倒型侧翻情况提出了基于差动制动的防侧翻控制方法等，课题组在硬件在环及转向与制动方面均有相应的实验平台，在读研究生9名，已毕业研究生21名。
上图为实验室借助项目研究搭建的EHB实验平台与控制开发板
作 者：金智林
责任编辑：李 娜
责任校对：金 程
审 核：张 强
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