考虑轮胎力瞬态特性的车辆主动避障预测控制方法
发布时间：2022-01-25 00:28
随着车辆保有量的增加,为应对越来越严重的交通压力、越来越多的交通事故,自动驾驶技术得到了国内外许多学者机构的研究。而在车辆自动驾驶的诸多技术当中,车辆主动避障技术对于车辆的安全行驶又是尤为重要的。本文针对智能汽车主动避障技术,围绕轮胎力瞬态特性以及在避障过程中保证车辆的运动安全等问题展开研究,并针对不同应用场景给出相应的控制策略。论文首先搭建轮胎稳态和瞬态模型,通过对车辆轮胎瞬态特性及其对于车辆运动状态的分析研究,建立描述轮胎瞬态特性的车辆动力学模型。在此基础上针对车辆跟踪全局静态参考轨迹时遭遇障碍物,需要进行主动避障的情况。避障过程中的车辆纵向控制,主要基于车辆运动稳定对于车辆速度的限制以及换道过程中保持车辆纵向速度不变的基础上,通过纵向PID控制来实现车辆纵向期望速度的控制。对于避障过程中的车辆横向控制,通过将车辆跟踪性能指标和安全约束相结合,统一描述避障轨迹规划和轨迹跟踪问题,给出了一种基于模型预测控制的车辆避障集成控制策略;为提升车辆避障过程对全局静态参考轨迹的跟踪性能,并提高避障控制器的计算速度,通过加入局部避障轨迹规划层的方式,建立分层控制器实现车辆的避障控制,提高车辆对全...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国车辆保有量然而车辆保有量的迅猛增加也带来了诸多的社会问题，诸如交通拥堵、交
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-矩输出来实现刹车、减速等动作来避免车轮和障碍物的碰撞。但是当车辆和障碍物之间距离不足时，纵向制动提车避障控制无法实现车辆的主动避障，有一定的局限性[6]。在环境较复杂的情况下，或者障碍物突然出现以及一些紧急情况时，可能会出现避障距离不足等问题。从而导致纵向避障控制无法避免碰撞的发生，无法完全地保证车辆的安全驾驶。图1-2沃尔沃车辆安全避障系统示意图[5]纵横向控制的换道避障则是通过控制算法控制车轮的力矩输出、方向盘转角等，从而实现车辆的主动避障。相关研究表明，在车辆避障行为中，通过改变车辆运动轨迹的纵横向控制的换道避障方法比纵向制动避障方法所需的纵向距离校车辆转向避障车辆纵向行驶距离一般都比制动避障车辆纵向行驶距离要小[7]。因此，在车辆纵向制动距离不足的情况下，通过换道避障的方式仍然有可能实现车辆的避障行为。而本文研究主动避障也主要是纵横向控制的换道避障这种避障方式。主动避障技术主要可以改善以下两种场景下的车辆行驶安全性：1.在完全无人驾驶的智能车辆上面，主动避障功能可以实现车辆的避障功能，保证无人驾驶智能车的行驶安全，实现自主避障。这样可以促进无人驾驶车辆技术的发展。2.在有人驾驶的车辆上，主动避障功能作为一种安全功能，当驾驶员由于不良习惯或注意力不集中，导致车辆即将进入安全距离而与前方障碍物发生碰撞时，主动避障功能可以主动介入，帮助驾驶员实现避障
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-功能，从而保证车上人员的安全。面对日益增加的交通事故，主动避障功能的加入可以避免由于驾驶员原因所导致的交通碰撞事故。在无人车领域，主动避障功能可以实现无人车的避障功能，实现主动避障，为无人车的发展起到推进作用。所以，避障控制方法的研究对于未来车辆的安全以及无人驾驶的发展都是有实际应用价值的。本文研究工作得到国家自然科学基金面上项目《多源信息下电动汽车底盘系统分布式估计与协同控制研究》资助（项目批准号：61973097）。1.2车辆避障控制的研究现状及分析通过前文的描述分析，换道避障方式相较于纵向制动避障方式，其更能应对道路上复杂的情况，对于车辆的安全行驶更好。因此，车辆行驶安全的换道避障技术应该是未来无人智能车辆发展的必然要求，作为换道避障方式的核心技术，车辆轨迹规划和轨迹跟踪技术在国内外已有很多科研人员对其进行了相关的研究。1.2.1国外相关研究现状关于车辆换道避障控制，国外对车辆避障中涉及的轨迹规划和轨迹跟踪已经进行了若干年的研究，并且取得了相应的结果。在轨迹规划方面，Shim等人基于车辆运动学模型，通过建立车辆轨迹起点和终点的约束，并利用6次多项式方程拟合出车辆的行驶轨迹[8]；2012年，Hassanzadeh等人基于迭代的轨迹规划，利用一个5次多项式表示了车辆的环道轨迹[9]，此多项式轨迹拟合方式在无人车驾驶以及一些机器人运动中都得到了广泛的应用，如图1-3所示。图1-3换道轨迹示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MPC下车辆自主避障算法[J]. 胡均平,曾武杨,李勇成. 传感器与微系统. 2019(07)
[2]无人车辆轨迹规划与跟踪控制的统一建模方法[J]. 徐杨,陆丽萍,褚端峰,黄子超. 自动化学报. 2019(04)
[3]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)
[4]无人车运动规划算法综述[J]. 余卓平,李奕姗,熊璐. 同济大学学报(自然科学版). 2017(08)
[5]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)
[6]自主驾驶车辆的预测避障控制[J]. 余如,郭洪艳,陈虹. 信息与控制. 2015(01)
[7]高速公路智能汽车自动超车控制算法仿真研究[J]. 吴付威,秦加合,任超伟,牛增良,张俊磊. 计算机工程与设计. 2013(07)
[8]智能车辆自由换道轨迹规划研究[J]. 杨志刚,戚志锦,黄燕. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(03)
[9]基于模糊PID的智能4WS车辆换道路径跟踪控制[J]. 戚志锦,杨志刚,黄燕. 汽车工程学报. 2012(05)
[10]无人驾驶汽车路径跟踪模糊预测控制[J]. 尹晓丽,李雷,贾新春. 中北大学学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究[D]. 杨建森.吉林大学 2012
硕士论文
[1]基于模型预测控制的换道辅助系统研究[D]. 王凯.合肥工业大学 2018
[2]考虑胎压的非稳态轮胎力学特性研究[D]. 王健.吉林大学 2017
[3]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：3607572
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国车辆保有量然而车辆保有量的迅猛增加也带来了诸多的社会问题，诸如交通拥堵、交
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-矩输出来实现刹车、减速等动作来避免车轮和障碍物的碰撞。但是当车辆和障碍物之间距离不足时，纵向制动提车避障控制无法实现车辆的主动避障，有一定的局限性[6]。在环境较复杂的情况下，或者障碍物突然出现以及一些紧急情况时，可能会出现避障距离不足等问题。从而导致纵向避障控制无法避免碰撞的发生，无法完全地保证车辆的安全驾驶。图1-2沃尔沃车辆安全避障系统示意图[5]纵横向控制的换道避障则是通过控制算法控制车轮的力矩输出、方向盘转角等，从而实现车辆的主动避障。相关研究表明，在车辆避障行为中，通过改变车辆运动轨迹的纵横向控制的换道避障方法比纵向制动避障方法所需的纵向距离校车辆转向避障车辆纵向行驶距离一般都比制动避障车辆纵向行驶距离要小[7]。因此，在车辆纵向制动距离不足的情况下，通过换道避障的方式仍然有可能实现车辆的避障行为。而本文研究主动避障也主要是纵横向控制的换道避障这种避障方式。主动避障技术主要可以改善以下两种场景下的车辆行驶安全性：1.在完全无人驾驶的智能车辆上面，主动避障功能可以实现车辆的避障功能，保证无人驾驶智能车的行驶安全，实现自主避障。这样可以促进无人驾驶车辆技术的发展。2.在有人驾驶的车辆上，主动避障功能作为一种安全功能，当驾驶员由于不良习惯或注意力不集中，导致车辆即将进入安全距离而与前方障碍物发生碰撞时，主动避障功能可以主动介入，帮助驾驶员实现避障
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-功能，从而保证车上人员的安全。面对日益增加的交通事故，主动避障功能的加入可以避免由于驾驶员原因所导致的交通碰撞事故。在无人车领域，主动避障功能可以实现无人车的避障功能，实现主动避障，为无人车的发展起到推进作用。所以，避障控制方法的研究对于未来车辆的安全以及无人驾驶的发展都是有实际应用价值的。本文研究工作得到国家自然科学基金面上项目《多源信息下电动汽车底盘系统分布式估计与协同控制研究》资助（项目批准号：61973097）。1.2车辆避障控制的研究现状及分析通过前文的描述分析，换道避障方式相较于纵向制动避障方式，其更能应对道路上复杂的情况，对于车辆的安全行驶更好。因此，车辆行驶安全的换道避障技术应该是未来无人智能车辆发展的必然要求，作为换道避障方式的核心技术，车辆轨迹规划和轨迹跟踪技术在国内外已有很多科研人员对其进行了相关的研究。1.2.1国外相关研究现状关于车辆换道避障控制，国外对车辆避障中涉及的轨迹规划和轨迹跟踪已经进行了若干年的研究，并且取得了相应的结果。在轨迹规划方面，Shim等人基于车辆运动学模型，通过建立车辆轨迹起点和终点的约束，并利用6次多项式方程拟合出车辆的行驶轨迹[8]；2012年，Hassanzadeh等人基于迭代的轨迹规划，利用一个5次多项式表示了车辆的环道轨迹[9]，此多项式轨迹拟合方式在无人车驾驶以及一些机器人运动中都得到了广泛的应用，如图1-3所示。图1-3换道轨迹示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MPC下车辆自主避障算法[J]. 胡均平,曾武杨,李勇成. 传感器与微系统. 2019(07)
[2]无人车辆轨迹规划与跟踪控制的统一建模方法[J]. 徐杨,陆丽萍,褚端峰,黄子超. 自动化学报. 2019(04)
[3]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)
[4]无人车运动规划算法综述[J]. 余卓平,李奕姗,熊璐. 同济大学学报(自然科学版). 2017(08)
[5]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)
[6]自主驾驶车辆的预测避障控制[J]. 余如,郭洪艳,陈虹. 信息与控制. 2015(01)
[7]高速公路智能汽车自动超车控制算法仿真研究[J]. 吴付威,秦加合,任超伟,牛增良,张俊磊. 计算机工程与设计. 2013(07)
[8]智能车辆自由换道轨迹规划研究[J]. 杨志刚,戚志锦,黄燕. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(03)
[9]基于模糊PID的智能4WS车辆换道路径跟踪控制[J]. 戚志锦,杨志刚,黄燕. 汽车工程学报. 2012(05)
[10]无人驾驶汽车路径跟踪模糊预测控制[J]. 尹晓丽,李雷,贾新春. 中北大学学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究[D]. 杨建森.吉林大学 2012
硕士论文
[1]基于模型预测控制的换道辅助系统研究[D]. 王凯.合肥工业大学 2018
[2]考虑胎压的非稳态轮胎力学特性研究[D]. 王健.吉林大学 2017
[3]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：3607572
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