智能车辆自动换道轨迹跟踪控制方法

发布时间：2020-08-20 14:10

【摘要】：智能交通系统(ITS)的发展,改变了传统的交通规则和驾驶方式,其中智能车辆的研究排除了驾驶员的主观因素影响,从而极大地提高了运输效率,保障了交通安全。而在日常的驾驶行为中,变更车道最为常见,也是引起道路堵塞和交通事故的主要原因。智能车辆换道方法研究可以使车辆在自主换道时更安全、高效、舒适。本文是针对智能车辆自主换道控制的方法研究,首先是对车辆进行动力学建模并结合轮胎模型对其线性化,通过预瞄跟随理论建立智能车辆视觉预瞄模型,再将车辆动力学模型和视觉预瞄模型结合得到智能车辆的预瞄动力学模型。由于车辆在换道过程中的轨迹跟踪控制可以分解为侧向的路径跟随控制和纵向的速度控制,所以分别设计二者控制器。在侧向路径跟随控制器的设计中采用前馈加反馈的方式,通过前馈控制器求得车辆运行过程中理想状态参数作为参考输入,在反馈控制中运用现代控制理论中的最优控制理论,在车辆预瞄动力学模型的基础上建立了线性二次型性能指标,通过合适的控制律来实现路径跟随。在纵向的速度控制器设计中,建立车辆纵向速度的传递函数结合PID控制理论选取合适的比例、积分和微分系数设计控制器从而实现速度跟随。最后参考驾驶员模型和闭环道路仿真试验设计智能车辆自动换道的闭环仿真试验,通过Matlab/Simulink搭建系统模型进行仿真验证,证明了控制器的合理性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：

参考坐标系,车辆

图 2-1 车辆参考坐标系定义1.2 车辆动力学建模车辆作为一个复杂的机电液组合系统，建立能描述其所有动态特性的模型是不可能的[16]。首先车辆系统自身参数数量巨大，有的参数基本不变或者变化可知，如速度、转动惯量和质量等，有的参数则是未知或是随机变化的，如阻尼俯仰角等；其次是在运行过程中受周边环境和道路工况的影响，车辆的运动状刻处于变化之中，如侧向风对车辆稳定性影响，空气阻力对车速影响，路面不对车辆通过性影响等；还有就是车辆在运行过程中，许多参数之间存在相互耦象，如轮胎模型中的纵横向力，转向运动时的纵横向速度和制动时前后轮制动等，这些耦合关系一般很难通过数学模型精确描述。过多的限制因素决定了在车辆模型时必须具有针对性，考虑主要需要解决的问题，忽略次要因素[17]。本文以某型号轿车为研究对象，结合已有研究方法对其进行合理的假设和线

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视觉预瞄的运动学模型便是参考有丰富驾驶经验驾驶员在操纵，在实际行驶过程中，驾驶员通过对当前车辆运动状态的感知辆行驶到前方视觉预瞄点处时车辆中心线与规划路径在该点处估算值，驾驶员的控制任务即是转动方向盘使得车辆行驶到该差为零，即在轨迹跟踪的过程中注重的是调整车辆在预瞄点处不是调整当前时刻的位置偏差。同理也可得出车辆行驶到前方中心线与规划路径在该点处切线的夹角估算值，即为侧向角度和侧向角度偏差统称为预瞄侧向偏差和预瞄角度偏差。对于基辆来说，车辆通过各种高精度传感器如前置摄像头、毫米波雷辆预瞄信息，通过车载处理器经过预瞄运动学模型求解便可得差及预瞄角度偏差[22]。运动学模型示意图如图 2-6 所示，此时智能车辆的视觉信息是选取一点 p 作为预瞄点，并从该点获取前方道路信息即预瞄侧差。

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第 3 章侧向路径跟随控制器设计路曲率LK 取 0.1，车辆速度xv 从 0m/s 变化至 30m/s 时，车辆前轮转角下图 3-2a 所示。假定车辆速度xv 为 15m/s，道路曲率LK 由 0.01 变前轮转角变化如下图 3-2 中 b)图所示。

【参考文献】