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基于多目标评价的智能网联汽车换道轨迹规划和跟踪控制算法研究
| 论文题名： | 基于多目标评价的智能网联汽车换道轨迹规划和跟踪控制算法研究 |
| 关键词： | 智能网联汽车;换道过程;轨迹规划;跟踪控制 |
| 摘要： | 近些年来自动驾驶汽车的技术研究逐渐成为推动汽车行业发展和智慧交通发展的重要研究方向，能够在减少交通事故、减少交通拥堵、辅助人驾驶、减少驾驶人时间等方面起到重大作用。实现城市道路环境下的车辆自主换道行为是自动驾驶中必不可少的环节，以智能网联汽车为研究对象考虑车辆在换道过程中的舒适性、安全性、换道效率和碰撞风险性的轨迹规划算法研究，对于实现城市道路场景下的换道轨迹规划具有重大意义。 首先通过对智能网联汽车的换道行为场景分析，将换道过程分为换道动机的产生、换道车道的选择、换道间隙的判断和换道的执行过程等四个步骤，考虑将换道间隙的判断和换道的执行过程作为本文的主要研究内容;然后对常用的换道轨迹规划模型进行研究与对比分析，选取五次多项式作为本文的换道轨迹规划模型;最后进行车形近似圆建模和车辆动力学建模。 对于轨迹规划，本文将换道轨迹规划分为横纵向五次多项式规划，基于智能网联汽车的V2V模式获取到周围车辆的状态信息，设定车辆的起始点和终止点信息，并设计车辆的终点候选集与换道时间集，考虑换道过程中车辆的舒适性、安全性、换道效率和碰撞风险性等目标构建多目标评价函数，通过定义自由换道和强制换道场景的不同换道需求，利用层次分析法确定目标函数中权重系数的取值，进而对轨迹规划中生成的换道轨迹簇进行实时评价选取最优换道轨迹，并考虑自由换道场景和强制换道场景两种不同的场景基于CarSim和Simulink进行仿真验证，结果表明设计的基于多目标评价的换道轨迹规划算法安全可靠和良好的可跟踪性。 为了实现对换道轨迹的跟踪控制，本文采用横纵向控制解耦的方式，在横向控制上，针对模型失稳下的横向跟踪误差大的问题，基于建立的二自由度车辆动力学模型，考虑设计带有前馈控制的LQR横向控制器。在纵向控制上，采用位置-速度双PID纵向控制，调整位置误差和速度误差得到最优控制量，通过制定的油门刹车标定表输出理想的驱动力矩和制动力，进而实现纵向控制。采用横纵向控制相结合的方式进行仿真实验验证，结果表明车辆的跟踪精度高。 搭建Prescan-Simulink-CarSim联合仿真实验平台，对不同的换道仿真场景进行仿真实验验证与分析。仿真结果表明本文所设计的算法能够实现车辆在城市道路下的自动换道过程，所规划的轨迹满足车辆行驶约束以及不同的换道需求，可跟踪性能良好，设计的控制器能提高车辆在对轨迹的控制中的稳定性和可靠性，且具有较高的跟踪精度。 |
| 作者： | 何圭波 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 仪垂杰;宋年秀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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