基于模型预测控制的智能车辆轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2023-02-18 11:50

　　智能驾驶技术是当前世界汽车工业的竞争焦点,具有广阔的应用前景。深入研究与开发智能车辆技术,不仅可以提高车辆的控制水平还能使车辆保持安全稳定地行驶。本文主要是研究智能车辆的轨迹跟踪控制相关问题。首先,本文建立了简化的目标车辆动力学模型和基于魔术公式的轮胎模型,作为设计模型预测控制器的模型基础。其次对模型预测控制算法进行了推导,且将目标车辆非线性动力学模型转化为了线性时变系统。然后设计搭建了基于车辆动力学模型的轨迹跟踪控制器,包括线性化误差模型、目标函数以及约束条件,并且在MATLAB/Simulink和Car Sim联合仿真平台上验证了所设计的轨迹跟踪控制器在不同速度工况下和不同附着系数工况下的性能,结果表明本文所设计的轨迹跟踪控制器能适应车速的变化和路面附着条件的变化,具有较强的鲁棒性。最后结合避障规划建立了轨迹规划层和轨迹跟踪控制层相结合的分层控制系统,分别搭建了基于模型预测控制的带避障功能的轨迹规划器和轨迹跟踪控制器,并搭建了MATLAB/Simulink和Car Sim联合仿真试验平台,分别验证了车辆在直线和双移线两种工况下对不同速度和不同数量障碍物条件下的跟踪控制稳定性,结果表...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 智能车辆概述
        1.2.1 智能车辆的关键技术
        1.2.2 智能车辆的发展历程
    1.3 智能车辆轨迹跟踪控制研究现状
    1.4 本文研究内容
第二章 车辆模型建立
    2.1 车辆动力学模型
        2.1.1 车辆三自由度动力学模型
        2.1.2 轮胎模型
    2.2 车辆动力学模型的简化
    2.3 本章小结
第三章 基于模型预测控制的轨迹跟踪控制
    3.1 模型预测控制基本原理
    3.2 线性时变模型预测控制问题的转化
        3.2.1 线性时变模型预测控制
        3.2.2 非线性系统线性化
    3.3 轨迹跟踪控制器设计
        3.3.1 线性化误差模型
        3.3.2 优化目标函数
        3.3.3 约束条件
    3.4 联合仿真平台设计
        3.4.1 Car Sim仿真流程
        3.4.2 整车Car Sim建模
        3.4.3 联合仿真平台的搭建
    3.5 联合仿真分析
        3.5.1 参考轨迹选择
        3.5.2 控制器参数设置
        3.5.3 不同速度工况下的仿真分析
        3.5.4 不同附着系数工况下的仿真分析
    3.6 本章小结
第四章 结合避障规划层的轨迹跟踪控制
    4.1 结合避障规划层的轨迹跟踪控制系统设计
    4.2 轨迹规划控制器设计
        4.2.1 车辆点质量模型
        4.2.2 参考点的选择
        4.2.3 轨迹规划器的函数设计
    4.3 轨迹跟踪控制器设计
        4.3.1 车辆模型
        4.3.2 轨迹跟踪器的函数设计
    4.4 避障分层控制系统联合仿真分析
        4.4.1 直线工况下的仿真分析
        4.4.2 双移线工况下的仿真分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 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：3744909