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基于模型预测控制的智能汽车车道保持控制研究
| 论文题名： | 基于模型预测控制的智能汽车车道保持控制研究 |
| 关键词： | 车道保持系统;主动避障控制;运动规划;联合仿真 |
| 摘要： | 近年来随着科技的飞速发展，智能汽车以独特的优势逐渐成为取代传统汽车的新型交通工具，车道保持系统（LKAS）逐渐得到广泛使用。有关车道保持的研究往往局限于单一工况，仅通过单一的纵向控制或横向控制实现自主避障控制，在实际工况下存在合理性不足的缺点。因此，本文围绕智能汽车在车道保持过程中遇到障碍时的控制策略问题展开研究，对于不同的工况进行决策和策略分析，旨在设计一种具有礼让行人、跟车行驶、换道避障功能的车道保持控制器。 车道线的准确检测是进行车道保持的前提，为实现实时的车道线检测，本文基于NanoDet框架进行车道线识别，进行车身坐标系下的车道信息的处理及建立三次多项式的车道中心线，将摄像头的影像转换为实时的车道中心。建立Frenet坐标系以便于描述车辆相对于车道中心的横向运动，在Frenet坐标系下对车辆进行路径规划。 为使所提出的策略具有主动安全避障能力和更好的合理性，本文对行人特征和礼让行为做出深度分析，以此设计智能汽车礼让行人的策略；结合驾驶经验和法律法规设计跟车行驶的最佳跟车距离；通过曲率约束和碰撞约束设计最优横向避障控制曲线。根据期望策略计算Frenet坐标系下的目标位置，通过五次多项式拟合期望轨迹，得到满足行驶策略并具有平滑连续的位置、速度、加速度曲线。基于模型预测控制设计车道保持控制器，使用待优化的量建立目标函数，利用Fmincon函数将轨迹跟踪问题转化为求解带约束的多目标优化问题，将预测时域内最优控制量作用于系统中，实现滚动优化下带有主动安全避障能力的车道保持控制。 最后，搭建所述的仿真场景，在Prescan、Python与Matlabamp;Simulink中进行联合仿真实验，实验结果证明所提出的车道保持控制器具有较好的安全性和合理性，可以实现车道保持控制期间的主动安全避障。 |
| 作者： | 王彦贺 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 李绍松;任海波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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