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基于虚拟矩形安全边界的智能车辆动态换道轨迹规划与跟踪控制研究
| 论文题名： | 基于虚拟矩形安全边界的智能车辆动态换道轨迹规划与跟踪控制研究 |
| 关键词： | 智能车辆;换道驾驶;轨迹规划;跟踪控制 |
| 摘要： | 作为智能交通系统（Intelligent Transport System,ITS）的重要组成部分，智能车辆能够在一定程度上提高交通系统的运行效率和安全性。换道操作是智能车辆在道路上最常见的行为之一，其对交通安全和道路通行效率具有重要影响。换道轨迹规划与跟踪控制作为智能车辆换道系统的关键技术，还存在未考虑换道过程中车辆距离过近会产生压迫感、较少考虑周围车辆状态变化以及单独的横向或纵向控制不能反映智能车辆换道驾驶特性等问题。因此，本文从车辆横纵向动力学模型、动态换道轨迹规划、轨迹跟踪控制器设计与仿真等方面对智能车辆换道轨迹规划与跟踪控制算法进行研究，主要研究内容如下： （1）基于CarSim/Simulink联合仿真平台建立了车辆横、纵向动力学模型以及轮胎模型。综合考虑换道过程中周围车辆状态变化的影响，提出了基于虚拟矩形安全边界的动态换道轨迹规划方法。为了降低多项式参数求解复杂度，采用了四次和五次多项式函数进行轨迹规划；分析了常见的碰撞形式和车辆模型，提出了基于虚拟矩形安全边界的避撞算法；设计了约束条件和代价函数对换道轨迹进行优化，提出了动态换道轨迹规划方法，实现换道轨迹实时更新。 （2）通过研究模型预测控制理论中的控制时域与预测时域对跟踪精度的影响，设计了时域参数自适应调整的横向控制器进行轨迹跟踪，分别在单移线和蛇形工况下验证了横向控制器的跟踪精度；设计了纵向分层式控制器，上位控制器通过RBF（Radial Basis Function）神经网络整定PID控制参数，通过建立逆纵向动力学模型将上位控制器输出的加速度转化为下位控制器的节气门开度或制动主缸压力，实现对目标车速的跟踪。考虑到单独的横向或纵向控制器难以反映车辆的实际驾驶特性，设计了横纵向综合控制系统，通过CarSim/Simulink联合仿真验证了控制系统有效性。 （3）通过MATLAB/Simulink与CarSim的联合仿真，对三种不同换道工况进行了仿真实验。结果表明，在周围车辆运动状态实时变化的情况下，轨迹规划模块可以实时调整换道轨迹，从而提高行车的安全性和可靠性；横纵向跟踪控制器能够很好地跟踪所规划的参考路径和速度曲线。 |
| 作者： | 洪阳珂 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 江浩斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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