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原文传递智能车换道轨迹跟踪控制研究

论文题名：	智能车换道轨迹跟踪控制研究
关键词：	智能汽车;换道行驶;轨迹规划;模型预测控制
摘要：	近年来，全国各地的机动车和乘用车保有量都在快速增加，对道路交通安全和出行效率带来了艰难的挑战。车辆换道行驶是发生频率最高的日常驾驶行为之一，一般因为驾驶员对行驶环境的判断和操作不当，导致发生交通拥堵或者严重的道路安全事故。自动驾驶技术的目标之一就是减少因人为因素产生的交通事故，目前重点在研究环境感知、驾驶决策、轨迹规划跟踪等方面，以尽早实现自动驾驶。本文探究在换道行驶过程中的轨迹规划和跟踪问题，降低由换道带来的一系列事故，提高通行效率，实现高效、无碰撞的换道行驶。　　本文先对换道行驶相关技术的研究背景和研究意义做了简短的叙述，智能车换道轨迹跟踪控制主要包括驾驶决策、轨迹规划和跟踪，并对国内、国外的研究现状展开了介绍。　　针对换道轨迹规划与决策，最先对完成换道驾驶的过程做了划分，分析了出现换道驾驶意图的原因，主要研究换道时期中的换道轨迹规划决策和轨迹跟踪等问题。基于换道安全性考虑，依据实际路况建立单向双车道的简化换道场景，推导了本车与当前行驶车道上的前车、期望车道上的前车和期望车道上的后车的最小安全换道距离，并以此为依据判断当前时刻是否满足安全换道驾驶的条件。其次，对比分析了换道研究中常用的五种几何函数的优缺点，选择推导未知参数计算量不大，速度、加速度和轨迹曲率连续等优点的五次多项式函数生成期望换道轨迹，结果表明该算法生成的换道轨迹连续平顺。　　针对换道轨迹跟踪控制，为保证计算的实时性，选择线性时变模型预测控制原理建立了变预测时域跟踪控制器。以第2章建立的三自由度动力学模型为基础，设计预测模型，经过滚动求解满足多约束的优化问题和目标函数，计算出每个周期的控制量，完成对期望轨迹的跟踪。考虑到预测时域对控制器的跟踪性能的影响较大，经过试验分析得出不同预测时域值、不同车速和控制器跟踪性能之间的对应关系，因此建立了变预测时域跟踪控制器。　　最后，构建联合仿真平台，验证轨迹规划和跟踪控制算法的有效性，在两种附着条件的道路上和三种不同车速的条件下展开仿真试验。由结果可知，变预测时域跟踪控制器在三种车速和两种附着条件的行驶环境下，都具备良好的鲁棒性和适用性。
作者：	陈祥
专业：	工程(车辆工程)
导师：	陈哲明;王洪荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022