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智能汽车多车协同换道轨迹规划及路径跟踪控制
| 论文题名： | 智能汽车多车协同换道轨迹规划及路径跟踪控制 |
| 关键词： | 智能汽车;多车协同换道;轨迹规划;路径跟踪控制 |
| 摘要： | 智能汽车立足于低碳化、智能化、网联化、共享化等特征，因可以提升汽车行驶的安全性并且能够很大程度地降低道路交通事故发生的概率等特点被广大学者广泛关注，随着车联网技术的快速发展，车辆协同行驶是智能交通实现的关键技术。在纵向跟随上，基于CACC的协同编队行驶已经非常成熟，其研究内容主要集中在对智能汽车多车协同驾驶的系统结构设计，对领航车控制算法和跟随车协同控制算法研究比较少；基于此本文主要从智能汽车协同换道的控制架构、换道轨迹规划、路径跟踪控制器设计对多车辆协同换道的问题展开了研究，旨在提高换道时的安全性、稳定性、舒适性。 在车车通信的背景下，搭建了协同换道的控制架构，将控制架构分为：数据收发模块、轨迹规划模块、轨迹跟踪控制模块、执行模块四部分。分析了多种协同换道场景，归纳总结了不同场景换道的特点及可行性，并同时介绍了基于车车通信的多车辆协同规划理论，分析了数据接收良好，所有车辆同时换道和数据接收存在延时，车辆延迟换道两种情况的换道决策。 利用五次多项式对当前车道无车辆且目标车道无车辆、当前车道有车辆目标车道无车辆两种情况的领航车进行了路径规划，具体方法是通过对智能汽车换道时的横纵向加速度进行限制，利用五次多项式方程推导出换道时横纵向的加速度公式，根据换道时的横向位移、初始纵向速度等，确定换道的总时间；基于所有车辆同时换道的前提，对两车协同换道场景进行了仿真验证，结果表明，利用五次多项式进行换道轨迹设计，最后可得到一条光滑且连续的换道轨迹。 从车辆动力学模型、模型预测原理、跟踪控制器的设计、模型预测控制仿真模块的搭建四个方面对MPC的路径跟踪控制器进行了设计；同时通过位置和速度双环PID控制器对智能汽车纵向轨迹跟踪进行控制，并且介绍了PID控制器的设计思路；然后从路径跟踪误差模型、LQR控制器设计及方向盘转角前馈控制器三方面对LQR的车辆横向跟踪控制进行了设计；最后，为验证搭建的智能汽车轨迹跟踪控制器的可行性，进行Prescan/Carsim/Simulink联合仿真，将MPC和LQR两种不同的控制算法应用在两车协同换道的场景中，并对两种情况进行对比分析，最后验证了基于MPC的横向控制器在安全性、稳定性及舒适性方面相对较好。 |
| 作者： | 马瑞兰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 郭世永 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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