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考虑主动安全的自主驾驶车辆轨迹规划与跟踪控制
| 论文题名： | 考虑主动安全的自主驾驶车辆轨迹规划与跟踪控制 |
| 关键词： | 自主驾驶车辆;轨迹规划;跟踪控制;主动安全;车辆避障 |
| 摘要： | 自主驾驶车辆在高速行驶下面临的场景往往不是单一的，而是多种复杂的场景，比如湿滑路面、多障碍车、紧急躲避车辆和行人等。针对在这些复杂场景下行人和高速行驶车辆的安全问题，本文提出了一种考虑主动安全的轨迹规划与跟踪控制方法。该方法基于车辆动力学模型，采用考虑人车安全的改进交通环境势场模型和模型预测控制(MPC)，并将它们结合，利用序列二次规划(SQP)优化求解，从而获得满足侧向稳定性等约束的最优控制量。使得自主驾驶车辆的轨迹规划与跟踪控制同时进行，并且可以协同车速保持、车距自适应调整、车道保持、跟车行驶、侧向稳定性、紧急制动和紧急转向等多个主动安全目标，进而有效的解决了复杂场景下自主驾驶车辆避障时车辆和行人的安全问题： 1)针对复杂场景下车辆发生追尾等纵向安全问题，考虑车辆的纵向安全距离设计障碍车势场，并可根据前方障碍车车速自适应调整车距，保障了车辆的纵向安全。 2)针对复杂场景下高速行驶车辆的侧向稳定性问题，在MPC中加入车辆的横载转移率等侧向稳定性约束，降低车辆发生侧翻和侧滑的风险，提高车辆的侧向稳定性。 3)针对前方障碍车违规行驶引发的突发情况，本文所设计的障碍车势场会引导自主驾驶车辆在车距小于安全距离时转向，进而实现了转向与制动协同作用的方式紧急躲避违规障碍车。 4)针对行人违规横穿车道的避撞问题，考虑行人与车辆间的安全距离设计了行人势场，该势场会引导自主驾驶车辆在人车间距离接近或小于安全距离时减速并转向以躲避行人。 5)为了使车辆在突发情况下能够及时避撞，不但采用梯度连续的高斯函数和二次多项式建立交通环境势场，而且采用SQP进行MPC的优化求解，同时考虑控制精度和减少优化求解的计算时间，提高车辆避障的实时性。 |
| 作者： | 李大志 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 隋振 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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