基于模型预测控制的智能车辆避障控制策略研究

发布时间：2021-04-27 23:48

　　随着计算机技术与半导体技术的发展,人们生活水平的提高,自动驾驶技术越来越受到行业的关注。智能车辆在行驶过程中,道路环境时刻在发生变化,如行驶在不同车道上的其他车辆、禁止通行的交通指示牌等,控制器需要采取有效的控制策略,控制智能车辆躲避障碍物并平稳行驶在车道中。设计智能车辆避障控制策略,不仅要考虑道路安全,满足道路行驶规范,还应考虑车辆本身的动力学及运动学特性,保证行车稳定性,如何在两者之间做出平衡,是本文研究的重点。针对该问题,本文提出基于模型预测控制的避障控制策略,并完成了以下工作:首先,分析障碍车的运动学特性,根据其运动学特性预测短时间内障碍车的运动状态,并基于此确定主车与障碍车的碰撞安全条件。建立包括基于二维高斯分布的障碍车动能场、基于跨道时间的车道保持势场以及目标趋向势场在内的行车风险场数学模型。其次,设计基于模型预测控制的避障控制器。建立主车的动力学与运动学模型,为防止主车与障碍车靠近发生碰撞危险,保证主车行驶在车道内区域,使主车能够驶向目标位置,以主车所受障碍车动能场最小、主车所受车道保持势场最小、目标趋向势场最小为优化目标1;为保证主车在没有干扰的情况下能够维持当前期望车... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211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】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外相关领域研究现状
        1.2.1 自动驾驶研究现状
        1.2.2 行车风险场研究现状
        1.2.3 避障控制策略研究现状
    1.3 本文研究内容及方法
第二章 行车风险场及模型预测控制理论
    2.1 引言
    2.2 行车风险场
        2.2.1 行车风险的概念和基本特点
        2.2.2 用场表征行车风险
        2.2.3 行车风险场概念
    2.3 模型预测控制理论
        2.3.1 模型预测控制简介
        2.3.2 模型预测控制的基本原理
        2.3.3 模型预测控制的特点
    2.4 本章小结
第三章 行车风险场环境建模
    3.1 引言
    3.2 障碍车运动学分析及碰撞安全条件
        3.2.1 障碍车运动学分析
        3.2.2 碰撞安全条件
    3.3 车道保持势场模型
    3.4 障碍车动能场模型
    3.5 目标趋向势场模型
    3.6 本章小结
第四章 基于模型预测的避障控制器设计
    4.1 引言
    4.2 避障控制方案
    4.3 车辆系统建模
        4.3.1 车辆动力学模型
        4.3.2 车辆运动学模型
    4.4 避障控制算法设计
        4.4.1 控制问题需求分析
        4.4.2 控制问题数学描述
    4.5 仿真验证与分析
        4.5.1 安全工况仿真验证与分析
        4.5.2 危险工况仿真验证与分析
    4.6 本章小结
第五章 基于BP神经网络与MPC的避障控制器设计
    5.1 引言
    5.2 避障控制算法设计
        5.2.1 路径规划问题数学描述
        5.2.2 BP神经网络设计
    5.3 仿真验证与分析
        5.3.1 安全工况仿真验证与分析
        5.3.2 危险工况仿真验证与分析
    5.4 硬件在环试验验证与分析
        5.4.1 硬件在环试验平台
        5.4.2 试验结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3164378