半挂牵引车动力学与轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2024-03-25 03:13

　　半挂牵引车以其装载量大、效率高、专用化等优点在公路货物运输中起到了至关重要的作用。但是由于其自身结构具有质量大、重心高及铰接点处相互耦合的特点,导致半挂牵引车在自动驾驶过程中很容易发生折叠等不稳定的危险状况。其次,半挂牵引车的自动驾驶系统由感知、规划和控制三部分组成,而车辆的轨迹跟踪控制是实现自动驾驶控制的重要基础。基于以上原因,本文以半挂牵引车的轨迹跟踪控制问题为核心,推导出了反应车辆状态的力学模型,提出了合适的控制策略,给出了防止失稳的控制方法,以期在实现半挂牵引车轨迹跟踪控制的同时避免不稳定状态的发生。首先,为解决半挂牵引车的轨迹跟踪控制问题,推导出了半挂牵引车的力学模型,包括运动学模型和动力学模型。其中运动学模型用来描述半挂牵引车在低速工况下的运动状态和轨迹跟踪控制器设计;动力学模型用来描述半挂牵引车高速工况下的运动状态和侧向稳定性控制器设计。其次,针对半挂牵引车的倒车入库防折叠轨迹跟踪控制问题,分析了其在倒车时的折叠状态并求出了不发生折叠的最大铰接角。利用运动学模型求出用于轨迹跟踪控制的倒车误差模型,结合模型预测控制设计轨迹跟踪控制器,并将防折叠约束加入到控制器中,通过对比倒...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 半挂牵引车国内外研究现状
        1.2.1 国外半挂牵引车研究现状
        1.2.2 国内半挂牵引车研究现状
    1.3 半挂牵引车力学模型研究
    1.4 半挂牵引车控制问题研究
    1.5 本文的主要内容及结构安排
2 半挂牵引车力学模型建立
    2.1 运动学模型建立
    2.2 动力学模型建立
    2.3 本章小结
3 基于运动学模型的倒车防折叠控制
    3.1 倒车入库问题研究
        3.1.1 临界铰接角的确定
        3.1.2 防止碰撞的约束确定
    3.2 防折叠控制器设计
        3.2.1 半挂牵引车倒车误差模型
        3.2.2 模型预测控制器设计
    3.3 倒车入库仿真分析
    3.4 本章小结
4 基于动力学模型的纵向和侧向协调控制
    4.1 半挂牵引车侧向动力学模型建立
        4.1.1 侧向动力学模型
        4.1.2 参考轨迹的确定
    4.2 纵向和侧向协调的控制系统设计
        4.2.1 基于MPC的侧向控制器设计
        4.2.2 基于SMC的纵向控制器设计
    4.3 仿真分析
    4.4 本章小结
5 半挂牵引车在换道工况下的侧向稳定性控制
    5.1 半挂牵引车换道控制器模型
    5.2 换道控制器设计
        5.2.1 换道轨迹跟踪控制器设计
        5.2.2 侧向稳定性控制器设计
    5.3 换道仿真分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3938449