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无人驾驶车辆换道轨迹规划与跟踪控制研究
| 论文题名： | 无人驾驶车辆换道轨迹规划与跟踪控制研究 |
| 关键词： | 无人驾驶汽车;自适应势场;动态轨迹规划;模型预测控制 |
| 摘要： | 随着汽车智能化相关技术的研发和应用，人们对传统汽车的认识和驾驶方式逐渐发生了改变。智能驾驶车辆的终极目标是将“人-车-环境”的闭环系统变为“车-环境”系统。近些年来，汽车智能化的技术广受关注，围绕其展开的研究工作也更加深入。研究表明，汽车发生交通事故的大多数原因都是由于驾驶员的操作不当。在道路行驶过程中，汽车变换车道是最常见的驾驶行为之一，也是最容易引发事故或道路堵塞的行为之一。无人驾驶车辆自主换道关键技术研究的目的就是使车辆自主进行的车道变换操作比驾驶员的操作更具精确性、合理性、安全性、舒适性。本文的研究内容如下: (1)换道行为策略分析。首先分析影响换道的行为因素，其中主要显著的因素包括道路特性、车辆特性、交通流特性和驾驶员特性等，其次分析人类驾驶员在实际交通环境下的驾驶行为特性，最后以复杂的换道场景来展开，考虑车身姿态的碰撞情形，推导出安全碰撞距离模型。 (2)换道轨迹算法设计。针对目前自主换道轨迹规划算法大部分都是静态轨迹规划或者是设置好已知物体的情况问题，本文设计了基于自适应势场的动态轨迹规划算法,该算法首先基于势场法建立以本车为中心的可行驶区域，在传统势场函数中加入了自适应因子，使其能够随着两车相对速度的变化自动改变势场的分布情况，根据当前车辆的运动状态，合理的规划出一条换道轨迹，该算法在每个周期内都执行以上步骤，因此可以动态规划出换道轨迹。 (3)换道轨迹跟踪控制。本文利用模型预测控制算法，其具有对未来轨迹的预测和较强的处理多目标约束的能力，合理建立换道过程中的约束条件，设计控制器，实现对无人驾驶车辆的换道轨迹跟踪操作。 (4)换道预测时域的影响。本文考虑到预测时域对换道轨迹跟踪控制性能的影响，针对不同预测时域对轨迹跟踪的情况进行说明，预测时域值过小或者较大，会使得换道轨迹的跟踪误差不同，甚至导致无人驾驶车辆的换道失败，故选择适合的预测时域对无人驾驶车辆换道是有必要的。 (5)换道算法的验证评估。为验证所设计的无人驾驶车辆换道算法的有效性与准确性，本文将CarSim中建立的车辆模型和Matlab/Simulink仿真平台对换道算法进行了验证，证明了算法的合理性与有效性。 |
| 作者： | 陆雨 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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