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原文传递智能车辆运动规划与控制方法研究

论文题名：	智能车辆运动规划与控制方法研究
关键词：	智能车辆;运动规划;轨迹跟踪;安全距离;滑模控制
摘要：	无人驾驶车辆是一种可移动机器人，其关键技术涉及到环境感知、定位导航、智能决策、控制工程等众多前沿研究领域，对技术单元的应用可作为辅助系统帮助人类驾驶员进行车辆自主驾驶工作，并以此提高行车的安全和效率。在无人驾驶车辆的关键技术中，其运动轨迹规划和跟踪控制一直研究的重点和难点。本文主要从智能车辆交叉口运动规划、典型驾驶行为运动规划、车辆轨迹跟踪算法及整车测控四个方面展开研究。　　首先，针对智能车辆交叉路口运动规划问题，以城市环境下交叉口车辆的运动轨迹为对象，考虑行为动力学与等效圆弧法相结合，建立智能车辆交叉路口转弯行驶模型，对城市交叉口车辆行驶情况分四个阶段：直线行驶，转向前减速行驶．转向匀速行驶，转向后加速行驶，仿真结果表明，车辆右转向、左转向行驶轨迹的最小转弯半径分别为6.2m、5.lm大于本实验车辆最小转弯半径4.9m，该算法可有效控制车辆的航向角和线速度，规划出安全的行车路径，使智能车辆能安全有效的通过交叉路口。　　然后，考虑行为动力学与安全距离相结合，分别建立典型驾驶行为环境中车辆换道行为模型、跟车行为模型和超车行为模型，仿真分析了基于安全距离环境下，行驶车辆与目标车道前车、目标车道后车和当前车道前车车辆之间的速度距离关系；同时，分析了超车环境下车辆的超车速度、超车时间和超车距离之间的关系；对三种典型行为仿真分析表明：在车辆行驶时考虑安全距离，可有效控制典型驾驶行为下车辆的航向角和线速度，并规划出安全合理的行车轨迹。　　其次，建立轮胎动力学模型，分别对单转向、单制动和联合工况下的轮胎力、侧偏角和滑移率的关系进行受力分析，仿真得出轮胎最佳制动状态；结合车辆二自由度动力学模型及运动学模型，分析车辆转向前轮与航向角的关系：采用滑模控制方法设计滑模切换函数和滑模控制器，对智能车辆交叉路口环境及典型驾驶行为中，规划出的车辆行驶轨迹进行实时跟踪。仿真结果表明，车辆位姿跟踪误差与车辆行驶轨迹的转向半径成反比，与车辆行驶行为的复杂度、车辆行驶速度成正比，在整体误差允许范围内，所设计的滑模控制器能很好的跟踪规划轨迹。　　最后，实验调试，以陆地方舟纯电动车为控制平台，在校园环境中对整车速度与行车制动距离进行测试，通过直接法和间接法测出不同速度下车辆的制动距离。利用Visual Studio2010开发平台对智能车辆设计无线控制模块，实现了车辆运行在任何情况下都能启动紧急制动的功能。通过对整车加减速、制动的联合实验调试，室内悬空状态下实现了智能车辆低速-加速-减速-停车四个阶段的连续控制；室外校园环境下，智能车辆也能进行加减速和制动连续行驶。
作者：	刘会娜
专业：	车辆工程
导师：	傅卫平;颜长锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文