基于神经网络PID及模糊预瞄理论的无人驾驶汽车轨迹跟随控制研究

发布时间：2020-08-21 21:25

【摘要】：随着经济的迅速发展,城市中汽车的数量逐年上升,与此同时,由于驾驶员在驾驶技能水平、驾驶习惯、路况掌控能力、生理状态等各方面存在差异,导致交通事故频繁发生,无人驾驶汽车的出现将极大程度的解决这一问题。轨迹跟随作为无人驾驶汽车的一个核心问题,其主要内容为通过控制车辆的转向系统(侧向路径跟随控制)及动力驱动系统(纵向速度跟随控制)使得汽车按照规划的轨迹行驶。在课题研究过程中,首先建立了七自由度车辆动力学模型及非线性轮胎模型。随后在车辆动力学纵向及侧向解耦的情况下分别对它们展开了研究,其中车辆纵向控制采用了具有较强自适应与自学习能力的神经网络PID控制器,车辆侧向控制采用了基于反馈的最优预瞄控制器。在进行控制方法理论研究的同时,在Matlab/Simulink平台中完成了车辆、轮胎模型的建立,并对纵向、侧向控制器进行了仿真,仿真结果也验证了控制器能满足无人驾驶车辆的需求。在进行侧向控制器仿真验证的过程中,当车速较高、道路曲率变化较大的情况下,侧向控制器的跟随效果出现了明显的下降,鉴于此,本文进一步研究了通过论域自调整的模糊系统来动态更新预瞄时间。在不同车速、不到道路曲率的情况下选择不同的预瞄时间,使得最优预瞄控制器具有更强的适应性,并在Matlab/Simulink平台中完成了改进控制器的仿真验证。并通过对比仿真结果表明,改进后的控制器较固定预瞄时间的最优预瞄控制器以及经典的模型预测控制器具有更好的路径跟随性,并能够在各种车况及路况下更好的体现驾驶员的驾驶操作过程,证明了可变预瞄时间控制器有着更好的车辆控制效果。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：

通安全问题，世界各大汽车零配件商及汽车厂商从汽车主动安全以及被动安全理论着逡逑手，于１９世纪５０年代初提出诸如安全气囊、安全带等一系列汽车被动安全措施，从而逡逑避免当发生交通事故时，给车内乘客带来更大的伤害Ｗ。如图１．１所示，为汽车主动安逡逑全技术中的安全气囊。逡逑图ｉ．ｉ安全气囊逡逑随着时间的推移，汽车研究领域的有关专家发现，车辆被动安全技术是针对事故发逡逑生以后的保护措施，并不能适应于当前复杂的交通安全环境，因此开始将研究方向由针逡逑对事故发生后的被动安全措施，转为具有预防以及控制功能的主动安全措施。１９世纪逡逑８０年代以来，为了适应汽车交通环境的需要，提高汽车主动安全性能的装置开始出现，逡逑并受到了各大汽车厂商的青睐与追逐，这些汽车主动安全装置进一步实现了对汽车的有逡逑效控制，并进一步改善了汽车行驶的稳定性与舒适性。此后，汽车电子通信技术以及传逡逑感技术进入快速发展阶段，各种主动安全装置如雨后春笋般出现，如驱动防滑系统、制逡逑动防抱死系统、牵引力控制系统、主动防追尾系统、车身电子稳定系统、防碰撞预警系逡逑统寺逐渐在汽车中得到普及

图１．４红旗ＨＱ３无人驾驶汽车逡逑综上可以得知，我国研宄无人驾驶领域的主力军是高校以及研究所，而现如今随着逡逑

Ｙ邋＝邋ＶＸ＊邋ｓｉｒｕｐ＋邋Ｖｙ＊邋ｃｏｓ邋ｑ＞逡逑式（２．１）中，（ｘ，ｙ）为地面坐标系下车辆的位置坐标，ｐ表示为车辆的航向角，逡逑Ｋ表示车辆的纵向速度，６表示车辆的侧向速度，如图２．１所示：逡逑Ａ逡逑Ｇｌｏｂａｌ邋Ｙ逡逑＾邋0邋（Ｘ．Ｙ）逡逑0逦／ｙ／，／／ＧｌｏｂａｌＸ逡逑图２．１地面坐标系逡逑２．１．２车辆动力学建模逡逑无人驾驶汽车是一个复杂的多体动力学系统，在行车过程中，随着无人驾驶汽车行逡逑驶速度和前轮转角的不断变化，轮胎将呈现为非线性特征，并且路面对于轮胎所作用的逡逑力和力矩，将对无人驾驶汽车的动态特征产生较大影响。逡逑１５逡逑

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本文编号：2799878