基于集成规划和控制的自动驾驶车辆避障系统研究

发布时间：2023-10-04 02:15

　　作为车辆安全的重要实现方式,车辆避障系统是自动驾驶车辆系统领域的研究重点和难点。当车辆行驶路径前方出现障碍物时,可以通过自主制动或者转向的方式避免与障碍物碰撞,显著提高车辆安全性。由于自动驾驶车辆驾驶环境的多变性、车辆执行机构的工作范围等多条件限制,传统基于分离式结构的避障系统研究与实际应用之间仍有较大差距,因此运用模型预测控制方法,研究基于集成式轨迹规划和运动控制的自动驾驶车辆避障系统。论文的主要研究内容如下:首先,分析传统分离式车辆避障系统的结构以及存在的相关技术问题,提出了基于集成式轨迹规划和运动控制的自动驾驶车辆避障系统,该系统基于模型预测控制方法,实时考虑障碍物和道路边界等复杂场景环境信息,分析了其有效性和场景定制性。其次,基于牛顿分析法建立车辆单轨动力学模型和魔术轮胎模型,根据车辆的避障机动建立了转向和制动模型,并验证车辆模型的稳态转向特性,为下文集成式避障系统的设计提供了模型基础。接着,利用预先规划的轨迹和车辆模型的状态信息,验证模型预测控制方法在静态障碍物场景中的性能。再次,基于纵向和横向耦合动力学,设计一种用于避障机动的集成式轨迹规划和车辆动力学控制的非线性模型预测控...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 自动驾驶车辆避障系统相关领域研究现状综述
        1.2.1 车辆避障系统
        1.2.2 避障轨迹规划
        1.2.3 车辆动力学控制
    1.3 现有研究存在问题
    1.4 主要研究内容
第二章 车辆避障系统的概念和方法
    2.1 经典避障系统
    2.2 集成式规划与控制
    2.3 本文选用方法
    2.4 本章小结
第三章 自动驾驶车辆动力学模型构建
    3.1 车辆动力学建模
        3.1.1 横向动力学模型
        3.1.2 纵向动力学模型
        3.1.3 纵横向动力学模型
        3.1.4 执行机构和状态约束
    3.2 模型验证
        3.2.1 纯动力学模型验证
        3.2.2 避障工况模型验证
    3.3 本章小结
第四章 自动驾驶车辆非线性集成式规划和控制系统
    4.1 设计目标
    4.2 成本函数
    4.3 障碍物和道路边界
    4.4 终端避障约束
    4.5 软约束
    4.6 模型预测公式
    4.7 仿真结果
        4.7.1 评价指标
        4.7.2 模拟场景
        4.7.3 典型场景
        4.7.4 终端避障约束
    4.8 本章小结
第五章 自动驾驶车辆快速集成式规划和控制系统
    5.1 非线性约束的连续线性化
        5.1.1 车辆动力学模型
        5.1.2 避障约束
        5.1.3 终端避障约束
        5.1.4 加速度圆
    5.2 线性化误差补偿
    5.3 模型预测公式
    5.4 仿真和试验结果
        5.4.1 典型场景仿真
        5.4.2 带有终端约束场景仿真
        5.4.3 硬件在环试验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 论文创新点
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
硕士期间参加的科研项目及学术成果



本文编号：3851112