智能车控制系统的设计与路径跟踪算法的研究

发布时间：2017-08-13 16:40

  本文关键词：智能车控制系统的设计与路径跟踪算法的研究

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【摘要】：随着汽车产业的蓬勃发展,汽车保有量也在逐年增加,由此引发的交通事故、道路拥堵、环境污染等现象也愈加严重。无人驾驶智能车的研究可以很好地避免交通事故的发生、提高交通运行效率、改善行车安全,并且采用新能源的智能车辆的研究能够达到节约能源、缓解空气污染等效果。无人驾驶智能车主要包括:环境感知、规划决策和控制系统三部分。其中控制系统是智能车实现无人驾驶的基础。智能车高精度控制是其研究领域内一大重点和难点,本文针对智能速度控制和路径跟踪展开了深入地研究,提出了一些新的解决方案,取得了如下几点成果。首先,对智能车BJUT-IV的体系结构进行详细地介绍,并对装载在智能车上的传感器的工作原理进行研究,为之后的信息采集、多传感器融合、智能车速度控制和路径跟踪奠定了基础。其次,设计了一种速度控制的策略。整个速度控制系统可以分为底层控制系统和上层控制系统两方面:底层控制系统通过钢丝绳连接电机与油门和刹车踏板,采用PID控制方法对电机进行位置控制;上层控制系统分为油门控制系统和制动控制系统,其中油门控制系统采用PID控制,制动控制系统采用模糊控制,采用切换的控制思想,有效地避免了刹车与油门间频繁切换导致车辆执行机构的损耗,保证了车辆在加、减速时的平稳性。再次,根据电动助力转向系统的结构和工作原理,并结合智能车BJUT-IV车体结构特点,设计了转向控制系统,并制定了控制策略,该套系统在控制过程中产生的误差小,具有良好的准确性和快速性;在Pure Pursuit算法基础上,提出了一种基于几何位置关系确定预瞄点的方法,使车辆在路径跟踪过程中能够迅速地确定预瞄点;根据车速确定预瞄距离和根据规划路径曲率调整控制器参数的方法,减小车辆在跟踪路径时产生的横向偏差;建立车辆运动学数学模型,并进行仿真实验,验证算法的可行性和准确性。最后,在Visual Studio 2008上编写智能车BJUT-IV上位机软件,该软件遵循UDP协议,通过网线获取数据处理上位机发送过来的数据信息,同时采用RS232接口方式,将上位机的控制指令下发给各执行机构。在校园道路进行实车实验,以验证智能车设计方案以及控制算法的有效性。
【关键词】：智能车辆 速度控制 路径跟踪
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 智能车概述和研究意义10-11
• 1.1.1 智能车研究背景10
• 1.1.2 智能车研究的科学意义10-11
• 1.2 智能车国内外研究综述11-18
• 1.2.1 国外智能车的研究发展及现状11-15
• 1.2.2 国内智能车的研究发展及现状15-18
• 1.2.3 智能车未来发展18
• 1.3 课题研究目标和内容18-21
• 1.3.1 智能车运动控制系统18-19
• 1.3.2 智能车的关键技术19-20
• 1.3.3 存在问题与本课题需求20-21
• 1.4 研究内容及结构安排21-24
• 1.4.1 课题来源及主要研究内容21-22
• 1.4.2 论文结构安排22-24
• 第2章 智能车车体结构及硬件组成24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 智能车体系结构24-26
• 2.3 传感器26-29
• 2.3.1 激光雷达26-27
• 2.3.2 GPS定位系统27
• 2.3.3 惯性导航系统27-28
• 2.3.4 摄像头28
• 2.3.5 里程计28-29
• 2.4 智能车通信系统29-30
• 2.5 智能车底层控制系统的设计30-37
• 2.5.1 转向控制系统的设计31-36
• 2.5.2 油门、制动控制系统的设计36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 智能车速度控制38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 控制要求38-39
• 3.3 底层控制系统39-41
• 3.4 智能车纵向动力学模型41-43
• 3.5 上层控制器设计43-49
• 3.5.1 控制器设计要求43-44
• 3.5.2 切换规则44-45
• 3.5.3 油门控制45-46
• 3.5.4 制动控制46-49
• 3.6 仿真实验49-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第4章 智能车路径跟踪52-74
• 4.1 引言52
• 4.2 转向控制系统52-55
• 4.3 车辆运动学模型55-57
• 4.4 常用路径跟踪算法57-63
• 4.4.1 Pure Pursuit算法58-60
• 4.4.2 Stanley method60-61
• 4.4.3 环形预瞄法61-62
• 4.4.4 Follow the Carrot算法62-63
• 4.5 基于改进Pure Pursuit算法的路径跟踪63-71
• 4.5.1 预瞄距离的确定63-64
• 4.5.2 预瞄点的确定64-67
• 4.5.3 Pure Pursuit算法控制器的设计67-68
• 4.5.4 路径跟踪仿真实验68-71
• 4.6 PID控制器71
• 4.7 本章小结71-74
• 第5章 上位机软件及实验试车74-84
• 5.1 上位机软件设计74-80
• 5.1.1 引言74-75
• 5.1.2 软件界面75-76
• 5.1.3 数据通信76-79
• 5.1.4 规划决策79-80
• 5.2 实验试车80-83
• 5.2.1 实验目的80-81
• 5.2.2 实验结果及分析81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 结论与展望84-86
• 参考文献86-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文90-92
• 致谢92

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本文编号：668321