校园智能车轨迹跟随控制研究

发布时间：2021-05-14 15:14

　　智能车辆被认为可以极大地解决交通安全、交通拥堵问题,有着广阔的应用前景。本文以智能车特定的使用场景—校园环境为基础,以校园智能车为研究对象,结合模型预测控制理论,建立符合校园交通环境的轨迹跟踪控制算法,以实现校园智能车对轨迹的跟随。同时针对校园交通环境多障碍物的情况,提出了“避障路径规划+路径跟踪”的分层控制系统,使校园智能车能够在跟踪轨迹的同时对轨迹上的障碍物进行规避。首先本文将建立车辆系统模型,针对校园智能车的运行环境多为中低速这一特点,分别建立适用于车辆低速行驶工况的车辆运动学模型和结合PAC2002轮胎模型的三自由度整车动力学模型;同时为了平衡控制算法实时性问题和模型精度问题,结合轮胎受力的仿真分析和小角度假设,对整车动力学模型进行适当的解耦和简化。其次对车辆轨迹跟踪控制问题进行分析,简单介绍模型预测控制理论,并对轨迹跟踪控制器进行结构设计;随后对轨迹跟踪控制器的模型预测控制算法进行推导,并基于状态轨迹的线性化方法对非线性模型预测控制器进行线性化,将非线性系统转换为线性时变系统,以降低求解难度;最后设计基于车辆运动学模型和基于车辆动力学模型的两种基于模型预测控制的轨迹跟随控制器... 

【文章来源】：重庆理工大学重庆市

【文章页数】：111 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 本文的研究背景与研究意义
    1.2 智能车辆发展概论
    1.3 智能车辆运动规划和控制算法研究现状
        1.3.1 智能车辆轨迹规划研究现状
        1.3.2 智能车辆轨迹跟踪控制研究现状
    1.4 本课题主要研究内容及结构安排
2 车辆运动学与动力学建模
    2.1 校园智能车基本参数及性能
        2.1.1 转向性能测试
        2.1.2 加减速性能测试
    2.2 车辆运动学建模
    2.3 车辆动力学建模
        2.3.1 三自由度车辆动力学模型
        2.3.2 轮胎模型
        2.3.3 动力学预测模型的简化
    2.4 本章小结
3 基于模型预测控制的轨迹跟踪控制算法
    3.1 模型预测控制原理
    3.2 轨迹跟踪控制问题分析
    3.3 控制系统结构设计
    3.4 基于线性时变模型的预测控制器设计
        3.4.1 非线性模型预测控制
        3.4.2 系统线性化及求解
        3.4.3 基于运动学的LTVMPC控制器设计
        3.4.4 基于动力学的LTVMPC控制器设计
    3.5 仿真实验与分析
        3.5.1 基于运动学模型的轨迹跟踪仿真
        3.5.2 基于动力学模型的轨迹跟踪仿真
    3.6 本章小结
4 基于整车四自由度模型的轨迹跟踪控制器
    4.1 四自由度整车模型
    4.2 基于四自由度车辆动力学模型的轨迹控制器设计
    4.3 仿真结果分析
    4.4 改进后轨迹跟随控制器与Carsim控制器对比
    4.5 校园道路轨迹跟踪控制仿真
        4.5.1 道路数据采集及处理
        4.5.2 仿真实验及分析
    4.6 本章小结
5 加入规划层的避障轨迹跟踪控制
    5.1 避障轨迹跟踪控制系统设计
    5.2 基于模型预测控制的避障轨迹规划器
        5.2.1 避障预测模型
        5.2.2 避障轨迹规划器目标函数
    5.3 避障轨迹跟踪控制系统仿真验证
    5.4 本章小结
6 全文总结
    6.1 研究工作总结
    6.2 工作展望
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


【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑全局最优性的汽车微观动态轨迹规划[J]. 孙浩,邓伟文,张素民,吴梦勋.  吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[2]基于运动微分约束的无人车辆纵横向协同规划算法的研究[J]. 姜岩,龚建伟,熊光明,陈慧岩.  自动化学报. 2013(12)
[3]仿人小脑神经网络结构的驾驶员方向控制行为建模[J]. 高振海,段立飞.  汽车工程. 2012(04)
[4]基于紧急变道策略的汽车主动避障安全车距模型[J]. 边明远.  重庆理工大学学报(自然科学). 2012(04)
[5]路径规划算法及其应用综述[J]. 张广林,胡小梅,柴剑飞,赵磊,俞涛.  现代机械. 2011(05)
[6]Trajectory planning and yaw rate tracking control for lane changing of intelligent vehicle on curved road[J]. REN DianBo1, ZHANG JiYe2, ZHANG JingMing1 & CUI ShengMin1 1 School of Automotive Engineering, Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, China; 2 State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China.  Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[7]融合动力学约束的自主平行泊车轨迹生成方法[J]. 宋金泽,戴斌,单恩忠,孙振平,贺汉根.  中南大学学报(自然科学版). 2009(S1)
[8]基于传感器信息的智能移动机器人导航评述[J]. 辛江慧,李舜酩,廖庆斌.  传感器与微系统. 2008(04)
[9]糊决策理论在驾驶员行为研究中的应用[J]. 高振海,管欣,郭孔辉.  系统工程理论与实践. 2001(06)
[10]模糊控制理论在驾驶员-汽车-环境闭环系统操纵稳定性研究中的应用[J]. 李世雄,余群.  汽车工程. 1999(03)

硕士论文
[1]基于模型预测控制的无人驾驶车辆轨迹跟踪控制算法研究[D]. 孙银健.北京理工大学 2015
[2]基于滚动优化的自主驾驶车辆避障控制[D]. 贾瑞.吉林大学 2014
[3]基于弹性带理论的机器人路径规划算法研究[D]. 李林雷.西安电子科技大学 2013



本文编号：3185871