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基于MPC的半挂汽车列车自动掉头控制策略研究
| 论文题名： | 基于MPC的半挂汽车列车自动掉头控制策略研究 |
| 关键词： | 半挂汽车列车;自动掉头;模型预测控制;路径规划;事故再现 |
| 摘要： | 自动驾驶是未来汽车发展的重要方向之一，相比乘用车，半挂汽车列车的行驶路线固定，经过的场景简单，实现技术难度低。因此，自动驾驶在半挂汽车列车上更容易实现商业化。除此之外，自动驾驶可以提高半挂汽车列车的物流效率，降低成本，减少交通事故的发生。本文针对半挂汽车列车路口掉头的工况，研究了半挂汽车列车的控制策略，并通过仿真平台对控制策略进行了验证。 本文利用A*算法生成全局掉头路径，针对传统A*算法实时性差的缺点，结合掉头工况设计一种改进A*算法。针对A*算法生成的路径不符合人们驾驶习惯的缺点，利用B样条曲线平滑路径。生成全局路径后，要考虑路上的动态障碍物，比如车辆、行人等。在车辆行驶的过程中，安全性是首要的，遇到障碍物时，本文采用换道的方式进行避撞，这部分称为局部路径规划。多项式曲线、样条曲线等参数化的路径拟合方式被广泛应用于局部路径规划中，这种拟合方式有较好的拟合精度，但当曲线阶次过高时，计算量过大，曲线阶次小时，又无法满足精度要求，本文采用了五次多项式拟合方法来生成局部路径。分析了换道功能的触发条件，设计了最小安全距离模型。 半挂汽车列车需要准确跟踪规划的路径，本文采用模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)方法，该方法的优点在于可以添加多种约束。首先，利用汽车理论和车辆运动学、车辆动力学等建立了简化的四自由度半挂汽车列车动力学模型。通过动力学模型、Trucksim仿真平台传来的状态量和未来的控制量去计算预测步长内的输出，通过滚动优化求得最优解。在NAIS数据库中寻找一个真实案例，利用Matlab/Simulink和Trucksim联合仿真验证了掉头自动控制策略的有效性。仿真结果表明，该掉头自动控制策略可以提高驾驶安全性。 |
| 作者： | 刘永祥 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 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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