基于MPC的FSAC赛车横向控制策略研究

发布时间：2021-05-24 15:23

　　随着科技的进步,无人驾驶技术已经成为当前汽车领域研究的热点。无人驾驶汽车可以极大地减少交通事故发生、解决交通安全问题、减少能源消耗,并能在恶劣的情况下,如:救援抢险、拆除爆炸物、污染区作业等代替人类工作。车辆的横向控制作为无人驾驶技术中的一项非常关键的技术,其控制的好坏直接决定无人驾驶汽车路径跟踪的成败,受到国内外研究机构的关注和重视。本文针对FSAC（中国大学生无人驾驶方程式大赛）赛车在赛场环境的特定场景下研究了车辆决策层的横向控制算法,旨在保障赛车能够稳定地跟踪设定的轨迹,圆满完成比赛任务。首先根据FSAC赛车的规则和比赛要求,分析出赛车的控制功能需求,根据需求设计了赛车底层转向控制的外围电路并对转向控制算法进行了设计。再考虑低速和高速情况下赛车对赛道的路径跟踪,以运动学模型、动力学模型为基础,采用MPC（模型预测控制）算法,结合约束条件,设计了横向控制器。接着详细推导了算法相关公式,提出将控制器的目标函数设计的优化问题转化成二次规划问题求解进行研究。最后利用Simulink和Carsim软件,在Carsim中对车辆模型和工况进行参数设定,设置车辆输入输出端口,在Simulink中... 

【文章来源】：西华大学四川省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无人驾驶汽车研究现状
        1.2.2 无人驾驶汽车横向控制算法研究现状
    1.3 主要研究内容
2 FSAC赛车架构及设计
    2.1 FSAC赛车系统组成
    2.2 FSAC赛车感知系统主要部件及功能
    2.3 底层转向控制系统设计
        2.3.1 转向控制系统电路设计
        2.3.2 转向控制算法设计
    2.4 整车控制逻辑
    2.5 本章小结
3 车辆运动学与动力学模型
    3.1 运动学模型
    3.2 动力学模型
    3.3 本章小结
4.路径跟踪控制器设计
    4.1 MPC原理
    4.2 基于低速运动学模型的路径跟踪控制器设计
        4.2.1 模型设计
        4.2.2 控制器设计
        4.2.3 约束条件
    4.3 基于高速的动力学模型控制器设计
        4.3.1 模型设计
        4.3.2 控制器设计
        4.3.3 约束条件
    4.4 控制器稳定性分析
    4.5 本章小结
5 控制器仿真分析
    5.1 仿真软件介绍
        5.1.1 Carsim软件介绍
        5.1.2 Simulink软件介绍
    5.2 运动学仿真模型搭建
        5.2.1 模型搭建
        5.2.2 软件设计
    5.3 运动学仿真工况
        5.3.1 直线工况
        5.3.2 “S”型曲线工况
        5.3.3 赛道工况
    5.4 动力学仿真模型搭建
        5.4.1 模型搭建
        5.4.2 软件设计
    5.5 动力学仿真工况
        5.5.1 仿真工况1:不同车速仿真
        5.5.2 仿真工况2:不同路面附着系数对比
    5.6 本章小结
6 控制算法实车验证
    6.1 实验平台搭建
    6.2 GPS定位原理和数据采集
        6.2.1 定位原理
        6.2.2 GPS数据采集
    6.3 测试结果分析
    6.4 本章小结
总结和展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]智能车辆运动控制研究综述[J]. 郭景华,李克强,罗禹贡.  汽车安全与节能学报. 2016(02)
[2]工信部:解读《中国制造2025》规划系列之推动节能与新能源汽车发展[J]. 于占波.  商用汽车. 2015(06)
[3]基于视觉的无人驾驶车自主导航控制器设计[J]. 郭景华,胡平,李琳辉,王荣本.  大连理工大学学报. 2012(03)
[4]改进的有限时间最优预瞄横向控制器设计[J]. 马莹,李克强,高峰,郭磊,连小珉.  汽车工程. 2006(05)
[5]基于模糊逻辑和GA的智能车辆横向控制算法仿真研究[J]. 阮久宏,付梦印,李贻斌,邓志红.  系统仿真学报. 2004(10)
[6]高速智能车辆变结构转向控制器切换超平面选取方法[J]. 王荣本,马雷,施树明,郭烈.  机械工程学报. 2004(10)
[7]智能车辆横向控制研究[J]. 周俊,姬长英.  机器人. 2003(01)

博士论文
[1]基于车联网的十字路口节能与安全车速引导技术研究[D]. 项学海.东南大学 2015
[2]移动机器人路径规划及轨迹跟踪问题研究[D]. 王仲民.河北工业大学 2006

硕士论文
[1]自动泊车路径决策规划与车辆控制算法研究[D]. 张城瑞.中北大学 2019
[2]无人驾驶汽车路径规划与路径跟踪研究[D]. 陈静.西华大学 2019
[3]基于GPS和激光雷达的无人驾驶策略研究[D]. 方海洋.长安大学 2019
[4]无人观光车底层控制系统改造及路径跟踪算法研究[D]. 樊晓楠.长安大学 2019
[5]基于MPC算法的无人驾驶车辆轨迹跟踪控制研究[D]. 由智恒.吉林大学 2018
[6]无人驾驶汽车路径跟踪控制研究[D]. 奉山森.湖南大学 2018
[7]无人驾驶车辆的自动转向控制[D]. 余如.吉林大学 2016
[8]全方位移动康复训练机器人容错控制[D]. 刘环雨.沈阳工业大学 2016
[9]基于横向与纵向综合控制的智能车辆运动控制研究[D]. 王浩.南京航空航天大学 2016
[10]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



本文编号：3204416