自动驾驶汽车的自主换道研究

发布时间：2023-03-02 19:31

　　车道变换是驾驶员操作车辆常用的驾驶行为之一,由于驾驶员的注意力不集中或操作失误,是造成交通事故和道路堵塞的主要原因。因此研究车辆的自主换道辅助系统,包含车辆换道决策、换道轨迹规划和跟踪控制等功能,有利于减少交通事故、改善乘员舒适性和提高车辆行驶效率。车辆换道可分为自由换道和强制换道,其中强制换道多应用于匝道口、前方有事故发生车辆必须进行换道操作,而自由换道则更加灵活多变且研究较少。因此本文以自动驾驶汽车为研究对象,主要围绕车辆的自由换道进行研究,建立一个安全、有效的自主换道算法。本文首先对车辆的最小安全跟车距离进行分析,在此基础上提出车辆的换道安全距离模型。建立自主换道行为决策算法的车辆简化模型,将行为决策问题看作一个优化问题,构建其逻辑约束及以最优速度行驶、选择合适的车道和行驶时间最短为目标函数,最终建立了基于混合逻辑动态系统的决策方法,使用混合线性整数规划的方法进行优化求解。其次在模型预测控制的思想上建立基于优化方法的换道轨迹规划方法,选取运动学模型作为轨迹规划的预测模型以及根据车辆间的运动关系确定换道时间,构建与换道时间和车辆转向性能有关的目标函数,并进行优化求解。针对环境车辆的...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 自动驾驶汽车行为决策研究现状
        1.2.2 自动驾驶汽车轨迹规划研究现状
        1.2.3 自动驾驶汽车轨迹跟踪研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 自主换道的行为决策
    2.1 引言
    2.2 换道安全距离
    2.3 换道决策
        2.3.1 系统建模
        2.3.2 离散变量与逻辑变量的转换
        2.3.3 安全约束问题
        2.3.4 目标函数
    2.4 离线仿真验证
    2.5 本章小结
3 自主换道的轨迹规划
    3.1 引言
    3.2 常用换道轨迹规划方法
        3.2.1 基于等速偏移的换道轨迹规划
        3.2.2 基于正反梯形加速度的换道轨迹规划
        3.2.3 基于圆弧的换道轨迹规划
        3.2.4 基于多项式曲线的换道轨迹规划
    3.3 基于优化的换道轨迹规划
        3.3.1 运动学模型
        3.3.2 预测方程
        3.3.3 换道时间
        3.3.4 目标函数和优化求解
    3.4 轨迹再规划
        3.4.1 继续换道轨迹再规划
        3.4.2 返回轨迹再规划
    3.5 离线仿真验证
    3.6 本章小结
4 自主换道的跟踪控制
    4.1 引言
    4.2 预测模型
    4.3 线性时变预测模型
    4.4 线性时变模型预测跟踪控制器
        4.4.1 目标函数与约束问题
        4.4.2 优化求解
    4.5 本章小结
5 自主换道的离线仿真验证与分析
    5.1 引言
    5.2 仿真平台的搭建
        5.2.1 利用Simulink和 CarSim搭建控制器
        5.2.2 基于PreScan的场景建模
    5.3 仿真结果及分析
        5.3.1 目标车道无干扰车辆的自主换道仿真
        5.3.2 目标车道有干扰车辆完成换道的自主换道仿真
        5.3.3 目标车道有干扰车辆未完成换道的自主换道仿真
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果



本文编号：3752498