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自动驾驶汽车高速公路场景的轨迹规划与控制算法研究
| 论文题名： | 自动驾驶汽车高速公路场景的轨迹规划与控制算法研究 |
| 关键词： | 自动驾驶汽车;轨迹规划;轨迹跟踪控制;高速公路场景 |
| 摘要： | 自动驾驶技术对改善交通环境、提高通行效率、减少因人为因素导致的交通事故等方面有重要作用。然而自动驾驶技术面对复杂环境时仍有许多问题，车辆在高速路下的行驶的轨迹规划与控制问题也是其中之一。因此，本文研究高速公路场景下自动驾驶汽车的轨迹规划与轨迹跟踪控制算法，主要研究内容如下： （1）为了准确地构建Frenet坐标系，本文设计了基于分段五次多项式的参考线平滑算法。首先将原始参考线离散点进行分段并采用五次多项式进行拟合，再采用基于二次优化的算法求解得到平滑的参考线。通过Matlab仿真验证本文提出的参考线平滑算法能得到高质量参考线，且算法具有较高的求解效率。 （2）以优化后的参考线为基准构建Frenet坐标系，并设计了横纵向解耦的轨迹规划算法。首先进行路径规划，将静态障碍物投影到SD图中，采用A*算法求解粗略路径，再构建二次规划模型求解精细路径。基于路径规划结果和动态障碍物轨迹构建ST图，采用动态规划的算法求解粗略速度，再通过二次规划的算法求解最终的速度曲线。路径与速度的求解结果共同构成完整轨迹，传给下游跟踪控制模块。 （3）为了跟踪规划轨迹，本文设计了基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制器。通过车辆模型构建模型预测控制器，并设计了底层控制的速度跟踪控制器，通过仿真验证了本文提出的轨迹跟踪控制器的有效性。 （4）使用Carsim和Matlab/Simulink进行联合仿真。为了对本文提出的规划和控制算法进行验证，设计了高速公路下的典型工况。实验结果表明本文提出的轨迹规划算法能求解出满足汽车行驶安全性、舒适性的运动轨迹；轨迹跟踪控制算法能对规划轨迹进行有效跟踪，且实时性满足行车要求。 |
| 作者： | 李文国 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 何磊 |
| 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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