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封闭园区内自动驾驶车辆局部路径规划与跟踪控制研究
| 论文题名： | 封闭园区内自动驾驶车辆局部路径规划与跟踪控制研究 |
| 关键词： | 自动驾驶;局部路径规划;轨迹跟踪;封闭园区 |
| 摘要： | 在传统“道路-人-车辆”三要素的交通系统中，人是最为薄弱的环节，同时也是拥有不可控因素最高的一个环节。自动驾驶技术的出现，减少了驾驶员的疲劳和错误，提高了驾驶安全性和效率。自动驾驶技术的应用场景非常广泛，其中封闭园区场景凭借行驶速度低、安全性高、成本可控、道路信息已知和能率先落地应用的特点，成为广大企业和高校研究的热点。本文在封闭园区特定场景下研究了自动驾驶车辆局部路径规划与跟踪控制技术，并基于Prescanamp;Matlabamp;Carsim联合仿真平台进行了实验验证。 在研究过程中，首先利用数学表达式定义了运动规划问题，将其转换到Frenet框架下进行研究，解耦成横向和纵向两个一维问题，降低了规划难度，提高了规划效率；然后采用五次多项式参数曲线生成相对应的候选路径集合；最后针对封闭园区内行驶环境特点，考虑安全性和平顺性设计评价函数，得到每个周期内最小代价路径。将上周期的末端状态作为下个周期的起始状态，从而保证了时间一致性，重复上述步骤，实现局部规划的动态更新。 针对轨迹跟踪控制问题，本文采用分散式控制策略，将其解耦为纵向运动控制和横向路径跟踪两部分。首先运用模型预测控制理论搭建车辆横向控制器，将车辆动力学模型和魔术公式轮胎模型作为预测模型，添加侧偏角约束释放因子设计约束条件，并将MPC最优问题转为二次规划问题，该设计满足跟踪实时性要求的同时兼顾了稳定性。针对纵向运动控制，本文采用位置、速度协同式PID控制算法，利用加速度补偿得到目标加速度，通过查找标定表最终得到实际控制量，实现车辆纵向运动控制。 搭建Prescanamp;Matlabamp;Carsim联合仿真平台，对封闭园区内典型行驶工况进行仿真实验分析。实验结果表明：本文所设计的规划控制算法能有效的完成封闭园区内自动驾驶车辆的行驶要求，并在低附着路面下保证了车辆的行驶稳定性。 |
| 作者： | 周俊充 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 叶明;贾科林 |
| 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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