基于模型预测控制的自动驾驶汽车运动规划与控制研究
发布时间：2021-04-23 21:51
自动驾驶系统的两大子模块——运动规划模块和运动控制模块扮演着极其重要的角色,是自动驾驶汽车智能最直接的体现,直接影响着驾乘人员安全性、舒适性、能耗和交通效率等方面。设计一个快速的、可靠的和稳健的自动驾驶汽车运动规划和控制框架及算法极其重要。论文针对现有的基于模型预测控制的自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法计算量大、现有的运动规划与控制框架及算法在规划阶段中对车辆动力学约束考虑不足等问题进行了研究,主要研究内容如下:（1）建立了车辆自行车动力学模型与线性轮胎模型。为了在保证控制效果的前提下尽可能减少模型预测控制的计算量,基于合理假设建立了适用于自动驾驶汽车运动规划与控制的车辆自行车动力学模型,并采用线性轮胎模型对非线性轮胎模型进行了近似线性化。（2）分析推导了线性时变模型预测控制问题的转化与求解步骤。研究了非线性模型预测控制和线性时变模型预测控制的机制;详细推导了非线性模型预测控制模型的线性化转换方程以及线性时变模型预测控制算法的预测模型;详细推导了多约束线性时变模型预测控制优化问题转化为二次规划问题的步骤以及求解方程。（3）提出了一种新的自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法。为了降低...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 自动驾驶汽车运动规划与运动控制算法研究现状
1.3 基于MPC的自动驾驶汽车运动规划与控制
1.4 论文主要研究内容
2 车辆运动学和动力学建模
2.1 自动驾驶汽车运动规划与控制车辆建模方法综述
2.2 车辆动力学建模及轮胎模型
2.3 本章小结
3 线性时变模型预测控制问题的转化与求解
3.1 LTV-MPC问题转化
3.2 LTV-MPC预测模型设计
3.3 LTV-MPC预测优化问题求解
3.4 本章小结
4 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法设计
4.1 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法设计
4.1.1 自动驾驶汽车运动规划与控制框架设计
4.1.2 基于纵向安全优先性的动态安全区域规划
4.1.3 自动驾驶汽车纵向运动规划与纵向运动控制算法设计
4.1.4 自动驾驶汽车横向运动规划与控制集成算法设计
4.2 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法性能对比
4.3 本章小结
5 自动驾驶汽车运动规划与控制仿真
5.1 车道保持工况运动规划与控制仿真
5.1.1 前车切入工况
5.1.2 前车切出工况
5.1.3 跟车工况
5.1.4 远处追击前车工况
5.1.5 前车紧急制动工况
5.2 简单变道工况运动规划与控制仿真
5.2.1 简单变道工况-中低速
5.2.2 简单变道工况-中高速
5.3 复杂变道工况运动规划与控制仿真
5.3.1 复杂变道工况1-中低速
5.3.2 复杂变道工况1-中高速
5.3.3 复杂变道工况2-中低速
5.3.4 复杂变道工况2-中高速
5.3.5 复杂变道工况3-中低速
5.3.6 复杂变道工况3-中高速
5.4 本章小结
6 研究结论与展望
6.1 论文主要研究结论
6.2 后续研究工作展望
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间参加的科研项目
C.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于禁区惩罚函数和MPC倍增预测的车辆避障研究[J]. 花晓峰,段建民,田晓生. 计算机工程与应用. 2018(15)
[2]智能驾驶,离我们究竟有多远[J]. 华南,王碧清. 中华儿女. 2017(13)
[3]无人驾驶车辆路径跟踪的增量式PID控制[J]. 谭宝成,王宾. 西安工业大学学报. 2016(12)
[4]基于无模型自适应控制的无人驾驶汽车横向控制方法[J]. 田涛涛,侯忠生,刘世达,邓志东. 自动化学报. 2017(11)
[5]A*算法在无人车路径规划中的应用[J]. 马静,王佳斌,张雪. 计算机技术与发展. 2016(11)
[6]基于Pure Pursuit算法的智能车路径跟踪[J]. 段建民,杨晨,石慧. 北京工业大学学报. 2016(09)
[7]复杂环境下基于RRT的智能车辆运动规划算法[J]. 杜明博,梅涛,陈佳佳,赵盼,梁华为,黄如林,陶翔. 机器人. 2015(04)
[8]基于最优控制理论的智能车辆轨迹生成方法[J]. 李爱娟,李舜酩,赵万忠,沈峘,江星星,邱绪云,王慧君. 吉林大学学报(工学版). 2014(05)
[9]智能车辆的滑模轨迹跟踪控制[J]. 李渊,马戎,付维平. 测控技术. 2012(09)
[10]基于多项式的智能车辆换道轨迹规划[J]. 李玮,王晶,段建民. 计算机工程与应用. 2012(03)
本文编号：3156106
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 自动驾驶汽车运动规划与运动控制算法研究现状
1.3 基于MPC的自动驾驶汽车运动规划与控制
1.4 论文主要研究内容
2 车辆运动学和动力学建模
2.1 自动驾驶汽车运动规划与控制车辆建模方法综述
2.2 车辆动力学建模及轮胎模型
2.3 本章小结
3 线性时变模型预测控制问题的转化与求解
3.1 LTV-MPC问题转化
3.2 LTV-MPC预测模型设计
3.3 LTV-MPC预测优化问题求解
3.4 本章小结
4 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法设计
4.1 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法设计
4.1.1 自动驾驶汽车运动规划与控制框架设计
4.1.2 基于纵向安全优先性的动态安全区域规划
4.1.3 自动驾驶汽车纵向运动规划与纵向运动控制算法设计
4.1.4 自动驾驶汽车横向运动规划与控制集成算法设计
4.2 自动驾驶汽车运动规划与控制框架及算法性能对比
4.3 本章小结
5 自动驾驶汽车运动规划与控制仿真
5.1 车道保持工况运动规划与控制仿真
5.1.1 前车切入工况
5.1.2 前车切出工况
5.1.3 跟车工况
5.1.4 远处追击前车工况
5.1.5 前车紧急制动工况
5.2 简单变道工况运动规划与控制仿真
5.2.1 简单变道工况-中低速
5.2.2 简单变道工况-中高速
5.3 复杂变道工况运动规划与控制仿真
5.3.1 复杂变道工况1-中低速
5.3.2 复杂变道工况1-中高速
5.3.3 复杂变道工况2-中低速
5.3.4 复杂变道工况2-中高速
5.3.5 复杂变道工况3-中低速
5.3.6 复杂变道工况3-中高速
5.4 本章小结
6 研究结论与展望
6.1 论文主要研究结论
6.2 后续研究工作展望
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间参加的科研项目
C.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于禁区惩罚函数和MPC倍增预测的车辆避障研究[J]. 花晓峰,段建民,田晓生. 计算机工程与应用. 2018(15)
[2]智能驾驶,离我们究竟有多远[J]. 华南,王碧清. 中华儿女. 2017(13)
[3]无人驾驶车辆路径跟踪的增量式PID控制[J]. 谭宝成,王宾. 西安工业大学学报. 2016(12)
[4]基于无模型自适应控制的无人驾驶汽车横向控制方法[J]. 田涛涛,侯忠生,刘世达,邓志东. 自动化学报. 2017(11)
[5]A*算法在无人车路径规划中的应用[J]. 马静,王佳斌,张雪. 计算机技术与发展. 2016(11)
[6]基于Pure Pursuit算法的智能车路径跟踪[J]. 段建民,杨晨,石慧. 北京工业大学学报. 2016(09)
[7]复杂环境下基于RRT的智能车辆运动规划算法[J]. 杜明博,梅涛,陈佳佳,赵盼,梁华为,黄如林,陶翔. 机器人. 2015(04)
[8]基于最优控制理论的智能车辆轨迹生成方法[J]. 李爱娟,李舜酩,赵万忠,沈峘,江星星,邱绪云,王慧君. 吉林大学学报(工学版). 2014(05)
[9]智能车辆的滑模轨迹跟踪控制[J]. 李渊,马戎,付维平. 测控技术. 2012(09)
[10]基于多项式的智能车辆换道轨迹规划[J]. 李玮,王晶,段建民. 计算机工程与应用. 2012(03)
本文编号：3156106
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