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半挂车自主泊车路径规划及控制策略研究
| 论文题名： | 半挂车自主泊车路径规划及控制策略研究 |
| 关键词： | 半挂车;自主泊车;路径规划;路径跟踪;模型预测控制 |
| 摘要： | 随着社会经济稳定发展，电商平台消费的蓬勃发展和进出口贸易，带动了交通运输业的发展。牵引车半挂车因其具有运输量大、成本低、在运输上效率高的优势，在经济消费、货物运输等方面发挥了巨大的作用。然而其在倒车时视野受限，操作与平时驾车习惯相反，容易出现折叠现象等都导致了其泊车困难的问题。半挂车的自主泊车系统具有研究意义和商业价值。 本文以牵引车半挂车近距离自主泊车系统的路径规划及跟踪控制问题作为研究对象，当货运司机将牵引车半挂车在停车场门口离开后，根据停车场提供的地图和车位信息，车辆能够自动规划出一条满足运动约束且无碰撞的路径并进行跟踪，将车辆泊入车位。根据车辆在自主泊车过程中的行为模式和泊车时的发散性，将整个自主泊车任务分成前进段和泊车段，在规划时，考虑到这两段面临的工作重点和环境的不同，分别采用不同的方法进行规划，并设计控制算法进行跟踪。本文研究工作主要分包含以下几个部分： 1、分析牵引车半挂车在自主泊车期间的行为特点，将整个自主泊车功能(AVP)分成两段执行。结合车位参数信息，确定自主泊车的终止点；建立牵引车半挂车运动学模型并验证模型的有效性；分析并确定牵引车半挂车整体结构的最大前轮转角，计算牵引车半挂车的内轮差，考虑牵引车与车位对侧车道线的碰撞情况，根据通车道宽度和车位尺寸参数确定车位附近的泊车起始区域。 2、将整个自主泊车路径规划分为两段，并分别进行设计。第一段为由自主泊车起始点到泊车起始区域的自主前进段，这个阶段的规划时，基于混合A*算法，将搜索的结点进行维度拓展，记录半挂车的航向角，添加铰接角约束并进行碰撞判断设计，设计代价函数并得到前进段的路径。第二段为由泊车起始区域到车位终止点的自动泊车段，采用非线性模型预测控制的方法进行路径规划，给定车速、铰接角等硬约束，对目标优化函数进行设计，进行泊车规划，并验证算法效果。 3、建立路径跟踪控制器。推导牵引车半挂车的动力学方程，设计车辆纵向速度控制器和横向转角控制器，在车辆自主前进段，由牵引车跟踪规划得到的牵引车路径，在自动泊车段，由半挂车跟踪规划得到的半挂车路径。采用前馈加反馈的方式来进行横向转角控制器的设计，并通过LQR来求解控制器的反馈增益系数。通过Trucksim与Simulink构成的联合仿真平台验证跟踪控制算法。结果表明，误差在合理范围内，证明控制器的有效性。 |
| 作者： | 吉望宁 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵伟强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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