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半挂汽车列车动态避障局部路径规划及控制研究
| 论文题名： | 半挂汽车列车动态避障局部路径规划及控制研究 |
| 关键词： | 半挂汽车列车;主动避障;局部路径规划;轨迹跟踪;动力学模型 |
| 摘要： | 半挂汽车列车对推动我国经济的发展做出了极大的贡献，并且在今后较长时间内依然会作为我国货物长途运输的承运主力。但是随着半挂汽车列车数量的增加，半挂汽车列车道路交通事故的数量也显著增加，目前针对半挂汽车列车道路行驶主动安全方面的研究却仍然缺乏，针对这一矛盾，本文提出了一种基于模型预测控制理论的半挂汽车列车主动避障系统的设计思路，能够保证半挂汽车列车在存在动态障碍物的场景中安全行驶。 本文主要内容为： 1．搭建半挂汽车列车点质量模型和动力学模型作为模型预测控制理论的预测模型，分别在方向盘角阶跃输入和正弦输入两种工况下使用Trucksim和Simulink软件对半挂汽车列车动力学模型进行验证，并对误差原因进行了分析。 2．针对具有动态障碍物的场景，提出了一种基于非线性预测控制（NonlinearModelPredictiveControl，NMPC）理论的局部路径规划器的设计思路，考虑了以横向加速度作为侧翻极限条件，预测半挂汽车列车与障碍车的行驶路径，构建了以“远离障碍物”、“靠近全局路径”和“车辆行驶稳定”为优化目标的成本函数，通过优化求解成本函数完成半挂汽车列车的局部路径规划。 3．为保证轨迹跟踪控制器的跟踪精度，采用精度更高的半挂汽车列车横向控制动力学模型作为预测模型，提出了一种基于线性时变模型预测控制（LinearTimeVaryingModelPredictiveControl，LTVMPC）理论的轨迹跟踪控制器的设计思路，考虑牵引车前轮转角变化量约束和前轮转角约束，使用模型预测控制理论获取前轮转角。 4．将局部路径规划器和轨迹跟踪控制器进行集成，在国家车辆事故深度调查体系中选择半挂汽车列车参与的真实事故案例进行仿真重现，使用Trucksim和Simulink软件搭建事故仿真场景，使用本文建立的动态避障系统控制半挂汽车列车成功避免了事故的发生。最后选择道路常见的两类工况再次进行试验，验证了本文提出的半挂汽车列车动态主动避障系统设计思路的可行。 |
| 作者： | 樊晨 |
| 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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