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基于动态轨迹规划的智能车变曲率弯道换道研究
| 论文题名： | 基于动态轨迹规划的智能车变曲率弯道换道研究 |
| 关键词： | 自主换道;变曲率弯道;轨迹规划;跟踪控制;换道决策 |
| 摘要： | 车道变换是道路交通中的一种常见行为，但由于人为因素的不确定性，在车辆换道过程中易对当前车道以及目标车道造成干扰甚至发生事故，从而影响交通效率。而自动换道作为全自动驾驶技术的关键组成部分，能够有效解决由于人为因素导致的交通安全问题。目前车辆的自动变道系统的研究主要针对直道，部分研究对固定曲率的弯道进行研究，本文主要针对变曲率弯道上的换道进行研究分析。 对于变曲率道路上的换道决策问题，首先对变曲率弯道的数学模型进行定义，界定了本文的换道所处的场景，分析了传统直道上的安全距离模型以及定曲率弯道上的安全距离模型，以此基础推导变曲率弯道安全距离模型。分析了变曲率弯道上曲率半径与安全距离之间的关系。将变曲率弯道上的安全距离模型结合定义的速度差值系数以及车距差值系数作为输入，最后利用模糊控制算法进行自主换道的决策。 对于变曲率弯道上的自主换道轨迹规划问题，首先推导出适用于变曲率弯道的五次多项式换道轨迹模型。针对五次多项式轨迹规划所存在的问题，本文将轨迹分为路径以及速度两个维度进行动态的解耦规划。首先重新定义了本文所处换道场景的换道边界，然后设置合理的代价函数以及约束函数，通过二次规划求解出最优换道轨迹。其次针对路径规划层面无法解决动态障碍物避障的问题，利用S-T坐标系进行速度规划，采用动态规划+二次规划的方式求得最优速度曲线，最后将速度以及路径进行合成得到最优的换道轨迹。 对于变曲率弯道上的轨迹跟踪问题。首先，针对纵向的控制，本文采用速度-位置双PID控制器进行控制。针对横向控制，本文首先建立了纵向、横向、横摆三自由度车辆动力学模型作为预测模型，其次将非线性的车辆动力学模型线性化以及离散化，最后设置合适的目标函数以及代价函数将其转换为优化问题进行求解。针对模型预测弯道内转向过早问题，设计LQR算法对转角进行补偿，以实现对速度和横向位置的稳定跟踪。 最后利用Prescan-Carsim-Simulink联合仿真平台对本文的自主换道算法进行分析验证，Prescan负责提供仿真需要的环境模型，Carsim负责提供高精度车辆动力学模型作为被控对象，MATLAB/Simulink中负责编写换道算法，最后针对不同工况进行闭环仿真。 |
| 作者： | 张浩 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 罗勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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