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基于纵横向协调控制的智能客车轨迹跟踪控制策略研究
| 论文题名： | 基于纵横向协调控制的智能客车轨迹跟踪控制策略研究 |
| 关键词： | 智能客车;轨迹跟踪系统;纵横向协调控制;模型预测控制;抗积分饱和PI分层控制;滑模控制;驾驶员行为特征;路径信息 |
| 摘要： | 智能车辆在跟踪弯道轨迹时，其纵横向系统具有高度的非线性且相互之间存在复杂的耦合关系，因此设计稳定、有效的轨迹跟踪控制系统存在一定的困难。针对这一问题，本文基于解耦控制思想，设计了纵横向协调控制的智能客车轨迹跟踪系统，本文主要研究内容包括： 首先，以目标车辆结构和采集数据为基础，采用模块化建模思想，建立了智能客车整车模型，建立了基于灰箱辨识理论的驱动电机、制动系统执行器和转向系统执行器的系统辨识模型。所建立的系统模型，为智能车辆纵向控制、横向控制和纵横向协调控制系统设计和仿真结果验证提供了模型基础。 其次，采用了一种基于模型预测控制与抗积分饱和 PI 分层控制的智能客车多目标优化纵向运动控制算法。上层控制采用了模型预测控制算法，用来求出下层控制器所需的期望纵向加速度。为防止加速度及其变化率的绝对值过大，在控制器中加入了软约束。下层控制器采用了抗积分饱和 PI 控制，达到补偿模型不确定性和外界扰动的目的。建立了驱动/制动系统的逆纵向动力学模型，用于补偿车辆模型非线性动力学。设计了具有缓冲带的驱动/制动切换逻辑，避免驱动电机和制动器的同时作动，同时减小切换频率。最后进行了MATLAB/Simulink-TruckSim联合仿真。 接着，采用了一种基于滑模控制的横向控制算法。建立了二自由度车辆模型和预瞄驾驶员模型。针对智能车辆系统的高度非线性、参数不确定性以及外界干扰不可测的特点，设计了基于滑模控制的横向控制器，采用饱和函数来削弱滑模控制中滑模面附近产生的剧烈抖振，对于系统的稳定性利用李雅普诺夫函数进行了分析，并验证了滑模设计的合理性。 最后，提出了一种基于驾驶员行为特征与路径信息的纵横向协调控制策略。以纵向车速为耦合点进行纵、横向运动控制系统耦合，构建了智能客车纵横向协调控制系统架构。分析了驾驶员行为特征与路径信息对轨迹跟踪控制的影响，设计了预瞄距离模糊控制模块，同时考虑纵向加速度和道路曲率变化率，对预瞄距离进行了补偿控制。最后对比了固定车速横向控制、曲率自适应车速横向控制和纵横向协调控制三种控制策略的联合仿真结果。 |
| 作者： | 李君宝 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王洪亮;蒋元广 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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