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考虑侧翻稳定性优化的智能车轨迹规划与跟踪
| 论文题名： | 考虑侧翻稳定性优化的智能车轨迹规划与跟踪 |
| 关键词： | 智能车;轨迹规划;目标跟踪;侧翻稳定性;模型预测控制 |
| 摘要： | 考虑到SUV车型因其重心较高，若在高速工况下以不合理轨迹行驶容易发生侧翻及侧滑等危险，因此有必要将车辆侧翻及侧滑稳定性引入轨迹稳定性的筛选，本文针对高速结构化道路下SUV换道轨迹规划与跟踪问题展开研究，设计了轨迹簇筛选与优化形式的横纵向轨迹独立规划算法；建立三自由度动力学模型并推导了侧翻及侧滑稳定性评价方法；设计轨迹预跟踪算法计算轨迹对应的理想跟踪情况下的动力学信息，结合侧翻及侧滑稳定性评价方法进行轨迹稳定性筛选；设计车速跟踪算法和横向轨迹跟踪算法实现对参考轨迹的准确跟踪；设计高速极限工况具有主动防侧翻功能的运动规划算法，实现无侧翻风险的安全避障与和对参考轨迹的跟踪。 主要研究内容包括： (1)构建了常规工况的换道轨迹规划算法，将轨迹规划分为轨迹簇生成、轨迹筛选和轨迹优化。建立了预规划换道轨迹规划和重规划换道轨迹规划的轨迹簇生成模型。设计了轨迹筛选算法，包括轨迹稳定性筛选、碰撞筛选和代价函数设计。提出了轨迹预跟踪的筛选算法，以轨迹的几何信息推导车辆按该轨迹行驶时理想动力学状态，结合侧翻稳定性评价指标和侧滑稳定性指标筛选稳定的轨迹。设计轨迹优化算法对筛选得到的可行轨迹进一步优化，得到最优轨迹输出给轨迹跟踪模块。 (2)常规工况的轨迹跟踪控制研究。分别设计了横向轨迹的跟踪控制算法与纵向速度跟踪控制算法。在横向轨迹跟踪中对比了LQR跟踪算法与滑模控制的跟踪效果，在纵向速度跟踪中使用PID控制对车速进行了跟踪控制。对轨迹规划中得到的轨迹进行了轨迹跟踪仿真，结果表明该算法能够控制车辆准确跟踪参考轨迹，保持较小的横纵向跟踪误差。 (3)极限工况的主动防侧翻运动规划研究。针对高重心车辆在极限工况下的运动规划问题，设计主动防侧翻运动规划算法，运用模型预测控制算法求解前轮转角与纵向力对车辆进行控制，在模型预测控制的目标函数与约束条件中加入侧翻稳定性评价指标，保障车辆在躲避障碍物时的侧翻稳定性，同时兼顾对目标轨迹的跟踪。仿真结果表明极限工况下该算法既能实现SUV躲避障碍物，又能有效防止SUV侧翻。 |
| 作者： | 黄舒伟 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 金智林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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