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基于车联网的无人驾驶车辆自主变道控制算法研究
| 论文题名： | 基于车联网的无人驾驶车辆自主变道控制算法研究 |
| 关键词： | 无人驾驶;自主变道;车联网;决策模型;轨迹规划 |
| 摘要： | 无人驾驶车辆的发展可有效减少交通事故，缓解交通压力并提高交通行驶效率，是未来汽车的发展趋势。自主变道是实现汽车无人化必须涉及到的一项研究，是无人驾驶车辆研究的重点内容之一。变道决策、轨迹规划和轨迹跟踪作为实现无人驾驶车辆自主变道的三大技术，本文将基于高速公路环境对其进行深入研究。 首先，介绍了车联网的体系架构，并简单分析了摄像头、激光雷达以及车联网感知等感知技术的主要利弊。对高速公路环境下无人驾驶自主变道展开研究，将变道行为分为强制变道、自由变道两种形式，并引入了基于汽车制动距离的最小变道安全距离模型。 其次，对一般高速工况进行简化并建立了自由变道和强制变道场景，考虑当前车道和目标车道交通车对变道安全性的影响，分别建立当前车道和目标车道的变道安全距离模型。对影响车辆变道决策的速度保持因子和距离保持因子进行分析，引入车联网信息共享平台，基于模糊逻辑理论分别建立自由变道和强制变道的实时决策模型，并对决策模型进行仿真验证。 然后，分析和研究不同高速工况下的轨迹规划。在简单无障碍的道路，采用贝塞尔曲线拟合无人驾驶车辆的变道轨迹。当行驶道路存在交通车或障碍物，采用五次多项式曲线来描述变道轨迹，建立提高安全性和通行效率为优化指标的轨迹优化函数，考虑了车辆动力学约束，利用粒子群算法对轨迹优化函数求取最优解，并对评价指标的确定进行了分析。引入车联网提供实时信息以应对紧急突发情况，并及时反馈给决策单元，重新进行轨迹规划。 最后，先建立了车辆动力学模型并对模型进行了简化，结合前轮转角小角度假设，推导出以前轮转角为控制量的预测模型，并离散化得到了非线性模型预测控制器。考虑纵向速度控制的复杂性，建立基于PID的纵向速度控制模型。为了保证车辆轨迹跟踪的实时性和稳定性，对非线性车辆动力学模型线性离散化，考虑路面条件和车辆动力学等各种约束条件，在保证轨迹跟踪精度和平顺性的前提下设计代价函数，建立模型预测控制器对无人驾驶车辆行驶方向进行控制，并在Carsim和Simulink的联合仿真平台对轨迹进行跟踪仿真，以验证模型预测控制算法的精度。 |
| 作者： | 魏健 |
| 专业： | 电路与系统 |
| 导师： | 谭泽富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆三峡学院 |
| 学位年度： | 2023 |
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