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四轮转向车辆避障换道轨迹规划与跟踪研究
| 论文题名： | 四轮转向车辆避障换道轨迹规划与跟踪研究 |
| 关键词： | 四轮转向;避障换道;轨迹规划;轨迹跟踪控制;智能汽车 |
| 摘要： | 随着智能汽车技术的不断发展与普及，避障换道轨迹规划与轨迹跟踪控制成为了时代的研究热点。轨迹规划使智能汽车在不同的交通场景中，能实现安全、高效、舒适的避障，对降低交通安全事故、提高车辆乘坐舒适性与行驶安全性有着重要价值。在避障换道轨迹规划领域中，大多数算法考虑了避障换道效率、安全与舒适性等因素，很少考虑到侧向稳定性因素。在避障换道轨迹跟踪领域中，大多数的研究都集中在前轮转向车辆上，缺乏四轮转向车辆的相关研究。因此，针对上述两个问题，本文搭建四轮转向车辆模型，基于二次规划算法，并在算法中加入了使车辆不发生侧滑的侧向稳定性因素，对避障换道轨迹进行优化。使四轮转向车辆跟踪优化后的避障轨迹，达到避障安全、换道稳定的目的。 本文的主要工作内容如下： 1.四轮转向动力学模型 搭建了二自由度的四轮转向横向动力学模型。建立前后轮为比例转向的四轮转向模型。并在角阶跃工况下，与前轮转向车辆进行稳定性对比，证明了四轮转向汽车的优势。为后续跟踪控制研究奠定基础。 2.避障换道轨迹规划算法研究 利用动态规划方法，求解出安全的避障换道决策轨迹曲线，通过决策轨迹曲线拓展出离散的凸空间。通过分析车辆不发生侧滑的侧向加速度阈值，推导出最大曲率阈值。在二次规划算法的约束中，加入了使车辆不发生侧滑的曲率约束。在凸空间内，利用包含曲率约束的二次规划算法对决策轨迹进行优化。最终，实现了规划出的轨迹具有安全性和稳定性的目标。 3.避障换道轨迹跟踪控制研究 将轨迹跟踪进行解耦，分别对四轮转向车辆的纵向跟踪与横向跟踪进行单独控制。使用LQR算法对横向运动进行控制，PID算法对纵向运动进行控制。搭建简单的轨迹规划器，用于验证跟踪控制器的有效性。为避障换道仿真奠定基础。 4.避障换道工况仿真实验 设置低速静态障碍物和高速动态障碍物两种避障工况，用以验证避障换道轨迹规划算法有效性。对比分析四轮转向车辆与前轮转向车辆在轨迹跟踪中的表现。实验结果表明，本文设计的轨迹优化算法能有效避免车辆发生侧滑，实现安全避障换道。四轮转向跟踪控制器在低速下具备良好的跟踪能力，在高速下跟踪精度下降，但是车身稳定性提高。 |
| 作者： | 李环宇 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 陈哲明;王万英 |
| 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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