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智能车辆避撞轨迹规划与纵横向联合控制策略研究
| 论文题名： | 智能车辆避撞轨迹规划与纵横向联合控制策略研究 |
| 关键词： | 智能车辆;安全避撞;路径规划;模型预测控制;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 伴随科技的不断进步与发展，智能车辆作为智能交通的主要参与者，是实现车辆主动避撞功能的重要载体，因此研究对于以智能车辆为基础的车辆主动安全领域避撞轨迹规划以及跟踪控制是提高车辆行驶安全性的有效方案。其中轨迹规划是实现车辆安全避撞的基础，由于跟踪控制中的纵横向控制具有复杂耦合关系，因此本文以车辆行驶速度为耦合点，采用纵横向联合控制方案对智能车避撞策略展开研究。 首先，以车辆的纵横向运动以及横摆运动作为研究切入点，利用轮胎魔术公式对动力学模型进行简化，选用CarSim软件中的车辆模型作为参考模型来验证本文所建立的模型的有效性，为下文跟踪控制器研究奠定基础。 其次，根据对行驶场景的抽象与简化，定义了三种工况下的最小安全距离模型，结合两车实际距离与最小安全距离的差值以及车辆相对速度建立基于模糊逻辑的换道决策策略。以决策时刻作为避撞轨迹规划基准点，以五次多项式作为避撞参考轨迹，通过建立目标函数，求解出添加约束后的最优避撞轨迹。 然后，以模型预测控制算法为理论依据搭建本文的横向轨迹跟踪器，以控制的目标作为模型优化目的设计控制算法的目标函数，为得到良好的跟踪控制效果，同时，为使车辆在运动中保持良好的动态特性，需对控制量和控制增量以及动力学约束，采用车辆行驶稳定性评价的常用轨迹双移线轨迹验证横向控制器的跟踪效果，为使车辆行驶速度尽可能接近给定的期望速度。以模糊PID算法为理论依据搭建本文的纵向速度控制器，控制量选取为车辆的节气门开度以及制动压力，采用加速与减速两种工况，并对比传统PID控制算法，验证了纵向速度跟踪控制器的良好控制效果。 最后，以车速为耦合点实现纵横向控制器的联合控制，并设计车辆在规划出的参考轨迹下最大行驶速度，通过从NAIS数据库提取到的真实碰撞事故案例以及一种目标车道有障碍车干扰的危险工况进行仿真分析和验证。结果表明，本文提出的避撞控制方法能够在有效避免碰撞的同时保证车辆的行驶稳定性。 |
| 作者： | 金港 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 吴博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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