自动驾驶车辆轨迹跟踪模型预测控制方法研究

论文摘要

交通环境的日渐复杂及传统驾驶方式的局限性促进了车辆自动化程度的提高,尤其推动着自动驾驶技术的快速发展。车辆自动驾驶不仅可以解放驾驶员,而且可以在很大程度上提高行车安全性和交通有序性。轨迹跟踪控制是车辆自动驾驶技术研究的重点之一,也是实现智能交通系统的关键环节。因此,研究车辆的轨迹跟踪控制对车辆实现自动驾驶具有重要的实际意义。本文采用模型预测控制方法,对自动驾驶车辆的轨迹跟踪控制问题进行了研究。首先阐述了在车辆轨迹跟踪控制问题中运用线性时变模型预测控制方法的意义,并针对车辆非线性和多约束等特点,在一定的假设条件下,考虑车辆的横向、纵向和横摆运动,建立了车辆的三自由度动力学模型,并对其进行了线性化及离散化处理;然后以线性时变模型预测控制算法为基础,结合魔术公式轮胎模型,将车辆的动力学模型处理转化为轨迹跟踪控制器所需的预测模型,给出了车辆在运动过程中受到的多种输入输出约束条件,设计了用来优化求解控制量的目标函数,并将目标函数转化成便于求解的二次规划问题,完成了基于模型预测控制的自动驾驶车辆轨迹跟踪控制器的设计;最后对设计的轨迹跟踪控制器,在Matlab/Simulink/Carsim联合仿真的平台上,针对不同路面附着系数及不同车辆行驶速度的多种工况进行了仿真,仿真结果验证了本文所设计的基于模型预测控制方法的轨迹跟踪控制器的有效性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景、目的及意义
•   1.2 国内外自动驾驶技术的发展现状
•     1.2.1 国外发展现状
•     1.2.2 国内自动驾驶发展现状
•   1.3 自动驾驶车辆轨迹跟踪控制研究综述
•   1.4 论文主要研究内容
• 第二章 模型预测控制算法理论基础
•   2.1 模型预测控制的起源与发展
•   2.2 模型预测控制的基本原理
•   2.3 非线性模型预测控制
•   2.4 线性时变模型预测控制算法
•     2.4.1 非线性系统线性化处理
•     2.4.2 预测模型的建立
•     2.4.3 优化目标函数的设计
•   2.5 本章小结
• 第三章 自动驾驶车辆动力学建模研究
•   3.1 自动驾驶车辆动力学模型的建立
•     3.1.1 车辆动力学模型的建立
•     3.1.2 车辆轮胎模型
•   3.2 车辆动力学模型的简化
•   3.3 车辆非线性动力学模型的线性化处理
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于模型预测控制方法的自动驾驶车辆轨迹跟踪控制器设计
•   4.1 车辆轨迹跟踪控制问题描述
•   4.2 轨迹跟踪控制器设计
•     4.2.1 车辆轨迹跟踪控制器预测模型
•     4.2.2 车辆动力学约束条件的确定
•   4.3 目标函数的设计
•   4.4 二次规划问题转化与求解
•     4.4.1 二次规划问题简述
•     4.4.2 二次规划问题求解器介绍
•   4.5 本章小结
• 第五章 基于模型预测控制方法的自动驾驶车辆的轨迹跟踪仿真研究
•   5.1 联合仿真平台设计
•   5.2 Carsim软件介绍
•   5.3 联合仿真平台搭建
•   5.4 参考轨迹的选择及设置
•   5.5 仿真分析
•     5.5.1 路面附着条件对控制性能的影响
•     5.5.2 不同车辆行驶速度对控制器的影响
•   5.6 本章小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄颖涛

导师: 王欣

关键词: 自动驾驶车辆,轨迹跟踪控制,模型预测控制方法,二次规划问题

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 数学,汽车工业,自动化技术

单位: 长安大学

分类号: U463.6;O221;TP273

总页数: 67

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