无人车运动控制系统设计与实现

发布时间：2017-11-03 12:04

  本文关键词：无人车运动控制系统设计与实现

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【摘要】：无人驾驶智能汽车旨在将定位与导航、环境感知、智能决策、控制工程等多个学科的前沿技术应用到传统汽车上面,从而提高车辆的智能化程度。在无人驾驶汽车的多项单元技术中,车辆运动控制技术是实现车辆稳定可靠自主驾驶的基础,并且未知路况下的高精度速度跟踪和轨迹跟踪一直是研究的重点和热点。论文将车辆的运动控制系统分解为纵向运动控制子系统和横向运动控制子系统。针对纵向运动控制系统中的油门控制,设计了一种融合道路坡度信息的增量式PID控制算法,解决了智能汽车在较大坡度路面上纵向速度控制偏差过大的问题。在对驾驶员的行为习惯进行分析的基础上提出了模糊分级式的车辆制动控制算法,将一个控制周期内车辆的速度偏差和速度偏差变化量分别乘以相应的比例系数,然后进行均匀模糊量化,最后通过查模糊控制规则表得到输出量,将该输出量经过分档控制规则调整后得到实际控制量,并将该输出量作为油门控制和刹车控制的切换判据。针对于车辆的横向运动控制易受到纵向速度和道路曲率等因素干扰的问题,采用二自由度动力学模型来描述车辆的运动,并采用航向预估算法对车辆进行横向运动控制,将智能汽车的航向变化趋势作为控制偏差输入到横向运动控制器中,利用航向的变化趋势来引导控制器的输出,进而消除了道路曲率等因素对横向运动控制的干扰。论文依托线控改造后的车辆平台对本文中的控制算法进行了精度和可靠性测试。在紧急停车、变更车道、环行轨迹跟踪行驶这三种场景下对车辆的速度跟踪和轨迹跟踪性能展开测试,并对测试结果进行了分析,验证了论文所述算法的有效性和可靠性。并根据实验结果总结了论文中控制系统设计的优势和不足,同时也对下一步的研究工作提出了展望。
【关键词】：无人驾驶车辆 路径跟踪控制 速度跟踪控制 车道线检测 障碍物检测
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-19
• 1.2.1 国外研究现状10-15
• 1.2.2 国内研究现状15-19
• 1.3 无人驾驶汽车关键技术19-21
• 1.3.1 环境感知技术19-20
• 1.3.2 定位与导航技术20
• 1.3.3 行为决策技术20-21
• 1.3.4 车辆运动控制技术21
• 1.4 论文主要研究内容21-22
• 第二章 无人车纵向运动控制子系统22-43
• 2.1 无人车纵向控制模型及控制算法设计22-29
• 2.1.1 油门控制算法设计22-23
• 2.1.2 制动控制算法23-28
• 2.1.3 油门与制动的控制切换28-29
• 2.2 无人车纵向运动控制子系统设计与实现29-34
• 2.2.1 油门系统改造29-30
• 2.2.2 刹车系统改造30-32
• 2.2.3 速度测量方案32-34
• 2.3 速度控制测试实验34-38
• 2.3.1 驾驶员驾驶车辆时速度控制实验35-36
• 2.3.2 20km/h定速行驶实验36-37
• 2.3.3 40km/h定速行驶实验37
• 2.3.4 变化速度跟踪实验37-38
• 2.4 基于障碍物检测的紧急停车系统设计与实现38-41
• 2.4.1 基于单线雷达的障碍物检测算法38-41
• 2.4.2 紧急停车系统41
• 2.5 本章小结41-43
• 第三章 无人车横向运动控制子系统43-59
• 3.1 无人车横向运动动力学模型43-44
• 3.2 航向预估式无人车横向运动控制算法44-46
• 3.3 无人车横向运动控制子系统设计与实现46-49
• 3.3.1 转向机构改造46-47
• 3.3.2 转向电机驱动47-48
• 3.3.3 转角传感器信号解析48-49
• 3.4 轨迹跟踪测试实验49-50
• 3.5 基于车道线检测的车道保持系统设计与实现50-58
• 3.5.1 车道线检测算法50-57
• 3.5.2 车道保持算法设计与实现57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第四章 无人车运动控制精度及可靠性测试59-72
• 4.1 无人车测试平台体系结构59-65
• 4.1.1 车辆平台介绍59-63
• 4.1.2 路网文件介绍63-65
• 4.2 紧急制动测试及分析65-66
• 4.3 变道测试及分析66-69
• 4.4 环形轨迹综合测试及分析69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 附录78-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：1136096