原文传递
基于主动四轮转向的自动驾驶车辆轨迹跟踪研究
| 论文题名： | 基于主动四轮转向的自动驾驶车辆轨迹跟踪研究 |
| 关键词： | 自动驾驶车辆;轨迹跟踪;模型预测控制;主动四轮转向 |
| 摘要： | 随着自动驾驶技术快速发展，L3级及以上自动驾驶需涵盖例如高速避障等大侧向加速度的极端工况，这使得车辆在该过程中保持良好的车身姿态与抗侧滑能力，并尽可能缩小轨迹跟踪误差变得日益重要。本文将主动四轮转向（4WS）技术应用到自动驾驶车辆的轨迹跟踪过程中，设计轨迹跟踪控制器提高自动驾驶车辆的轨迹跟踪能力与安全性。 为决策应用主动四轮转向后车辆在待跟踪轨迹下的运动，首先建立车辆及转向系统动力学模型，描述车辆运动及转向系统的响应特性，通过实车原地转向实验验证主动四轮转向控制架构的可行性以及转向系统建模精度。考虑主动四轮转向可使质心侧偏角为零、避免横摆与侧向加速度分离的特点，将横摆角速度作为控制目标并写为前轮转角的二阶传递函数，构造期望横摆模型，通过伯德图和奈奎斯特图确定了期望模型的系统参数、验证了模型的稳定性。考虑到实时地图信息可能无法获取，选择三次样条曲线插值法将待跟踪轨迹点集转化为连续曲线；设计MPC轨迹跟踪控制器计算期望模型在待跟踪轨迹下的车辆运动。双移线仿真结果表明，利用期望模型可有效提高车辆轨迹跟踪能力，降低跟踪误差。 为使车辆能够有效跟踪期望运动，以期望横摆角速度与质心侧偏角为跟踪目标，设计LQR控制器决策车辆前后轮转角。考虑到轮胎侧向力的非线性特性，以车轮侧偏角为依据设计变权重系数LQR控制器，在不同的轮胎工作区间内选择不同的权重系数，提高LQR控制器对轮胎侧向力非线性的描述能力。由转向盘角阶跃与正弦输入仿真实验结果可知，变权重系数LQR控制器可有效跟踪期望横摆、缩小质心侧偏角；同时，利用离线查表的方法，避免了Matlab中dlqr函数无法自动生成代码的问题。考虑到应用主动后轮转向系统（ARS）后可能出现的安全问题，设计ARS系统失效退出以及ARS系统卡死两种故障的容错控制策略并通过仿真验证了保护策略的效果。 为验证轨迹跟踪控制器性能，搭建Simulink/Carsim联合仿真模型，开展主动四轮转向双移线轨迹跟踪实验。仿真结果表明：应用主动四轮转向可有效加快车辆侧向运动的建立过程、跟踪期望横摆角速度与质心侧偏角，提高了车辆的轨迹跟踪能力；在以八级侧向风为例的外界横摆干预下，应用主动四轮转向可有效抵抗外界干扰，避免非驾驶员意图转向。受限于实验车传感条件与车载控制器性能，采用转角信号数据回灌的方法验证了高速下实验车自动驾驶控制架构的可靠性和轨迹跟踪算法决策出的车辆运动的合理性。 |
| 作者： | 王嵩润 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张建伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
