无人驾驶汽车路径跟踪控制方法拟人程度研究

无人驾驶汽车路径跟踪控制是无人驾驶汽车运动控制的核心所在,目前常用的路径跟踪模型主要以路径跟踪精度为主要控制目标,在很大程度上忽略了无人驾驶汽车的乘坐舒适性和控制的拟人程度。为了研究无人驾驶汽车路径跟踪控制算法的拟人程度并提高乘坐舒适性,基于转向几何学、汽车运动学和汽车动力学理论建立实车中常用的4种路径跟踪模型,提出以路径跟踪过程中的最大横向加速度a_ymax和方向盘转角平方和δ_w²共同表征路径跟踪模型的拟人程度和横向乘坐舒适性。基于驾驶人实车换道试验数据,建立多项式拟人换道参考路径,搭建CarSim/Simulink联合仿真模型,并对其进行不同车速下的车辆换道试验。研究结果表明：路径跟踪模型的横向循迹偏差均会随着车速的提高而增加,但都能较好实现路径跟踪;带预瞄路径跟踪模型和动力学前馈最优LQR路径跟踪模型拟人程度较好;汽车运动学路径跟踪模型的乘坐舒适性最差,方向盘修正激烈;在100 km·h^-1,a_ymax>0.7 m·s^-2,δ_w²>2.7×10³时,拟人程度最差;不带预瞄路径跟踪模型循迹精度最高,且拟人程度最高,乘坐舒适性最好,120 km·h^-1时,a_ymax ≤ 0.5 m·s^-2。     

基于光电导航无人驾驶电动汽车自动寻迹控制系统研究

在轮毂电机驱动电动汽车技术的基础上,采用光电传感器自动辨识行驶路径,利用车辆行驶预瞄理论,开发了无人驾驶汽车自动寻迹行驶控制系统.试验表明,该系统稳定性好、控制精度高和响应速度快.     

面向车道变换的路径规划及模型预测轨迹跟踪

为解决智能车辆在车道变换过程中的路径规划和路径跟踪问题,首先,利用梯形加速度法设计了车道变换虚拟理想轨迹,该路径规划方法的适应性取决于车道变换时间、横向加速度及变化率等关键变量的约束条件,因而对各关键变量之间的数学关系进行了定量计算,并绘制了不同工况下的车道变换虚拟理想轨迹,用于分析各关键变量对路径规划的影响;其次,建立了线性离散的车辆动力学预测模型,综合分析了车辆模型的控制输入、状态变量以及道路结构参数等约束条件,构建了多约束模型预测控制（MMPC）系统用于车道变换路径跟踪,并基于Hildreth二次规划算法对其目标函数进行了求解,获得前轮转向角控制量,从而保证智能车辆在车道变换过程中的路径跟踪性能及操纵稳定性能;最后,利用MATLAB和Carsim软件对提出的多约束模型预测控制系统进行联合仿真,并构建单约束模型预测控制（SMPC）系统与其进行性能比较,分别对车道变换时间为3 s和6 s时的车道变换性能进行比较分析。结果表明：当车道变换时间为6 s时,2种控制系统都能较好地实现车道变换功能;当车道变换时间为3 s时,与SMPC控制系统相比较,MMPC控制系统能够在有效跟踪期望行驶路径的同时改善车辆的操纵稳定性,从而提高车辆在路径跟踪过程中的主动安全性能。     

基于弹性绳理论的自主车辆防碰撞的路径规划

基于人工势场的引导策略,通过建立包括车道边界和障碍车的道路危险势场,采用弹性绳模型实现了车辆在高速公路上的车道保持和紧急避障功能。为了保证车辆在高速情形下避障的安全性,在障碍车辆原有势场基础上,在障碍车辆的前后各增加一个引导势场,使车辆能够提前避障,从而避障过程更安全。再结合Carsim仿真,在车辆的路径跟随过程中观察主车的横摆角速度的变化来判断车辆的稳定性。对直道和弯道两种情形进行避障仿真对比分析,结果表明:在障碍车辆前后添加引导势场能提前避障,从而使避障过程更安全。     

基于改进人工势场法的无人驾驶车辆局部路径规划的研究

本文旨在研究在结构化道路上行驶的无人驾驶汽车的局部路径规划.基于人工势场法,利用高斯组合隶属函数建立引力的目标点函数,在引力点函数中考虑障碍物约束和车辆约束,并引入调节因子,建立了改进的无人驾驶汽车人工势场模型,消除了传统人工势场法容易陷入局部极小的问题.硬件在环试验结果验证了所提方法的有效性.     

基于模糊LQR的智能汽车路径跟踪控制

为保证智能汽车在不同车速下路径跟踪的精确性与稳定性,本文中设计了一种带有预瞄PID转角补偿的模糊线性二次型调节器(LQR)以进行路径跟踪控制.首先,基于路径跟踪误差模型设计了LQR控制器,并采用预瞄PID方法进行转角补偿,消除稳态误差,提高跟踪精度.接着,针对固定权重系数的控制器对于不同车速适应性较差的问题,提出了一种...     

FSC赛车轻量化系统研究

提出针对FSC赛车轻量化研究的四种方法：材料轻量化、结构轻量化、制造轻量化和功能轻量化;介绍轻量化设计原则、功能轻量化方法、材料的强度属性和刚度属性、结构优化的方法、零部件的加工工艺和连接技术,并将这些方法应用于赛车设计的工程实际。实践结果表明,多种轻量化方法联合应用的减重效果比单个轻量化方法应用减重效果好。     

FSAC赛车轨迹跟踪协同控制策略研究

针对中国大学生方程式赛车（FSAC）在比赛中横向-纵向协同控制的轨迹跟踪精度和稳定性问题,根据现代控制理论和经典控制理论提出一种以纵向速度为结合点的线性二次控制器（LQR）和比例-积分-微分算法（PID）的横纵向协同控制策略,并根据赛车相对参考轨迹的位置设计了一种协同控制器。建立二自由度车辆动力学模型,基于该模型设计了横向LQR位置跟踪控制器和纵向PID速度跟踪控制器。所设计的控制策略在CarSim和Simulink搭建的循迹工况联合仿真场景下进行仿真验证,仿真结果为纵向位置偏差小于0.07 m,横向位置偏差小于0.03 m。对控制算法进行实车验证,结果表明,该策略有效提高了赛车的轨迹跟踪精度和行驶稳定性。     

基于模糊神经网络的智能车辆循迹控制

为提高智能车辆自主循迹控制的精度,提出了一种基于模糊神经网络控制( FNNC)和神经网络预测( NNP)的智能循迹控制策略。转向控制器的输入量有3个：预瞄点处的横向循迹误差、汽车横摆角速度和侧向加速度。车速控制器的输入量有4个：预瞄点处的面积误差、侧向加速度、汽车侧偏角和转向盘转角。网络训练采用误差反向传播法。仿真与试验结果表明,所设计的循迹控制器通过对驾驶员操作样本的训练,能实现对车辆的车速与转向控制,横向循迹误差和目标车速均比较理想。     

基于电子海图矢量数据建模的无人船路径规划

栅格地图在自主船路径规划领域应用广泛.为解决栅格地图在表示多种类型障碍物共存的复杂环境时所存在精度不高及路径可靠性不足的问题,提出一种基于电子海图矢量数据——点、线、面要素建立精确环境势场的方法,可用于描述不同类型障碍物及狭窄水域.在此基础上,改进了基于静态环境势场及动态环境引力和斥力的混合路径规划算法,并结合M ariner典型船型及比例微分控制,进行了多船多障碍动态环境和狭窄水域静态环境的仿真测试.试验结果表明,该算法实现了《国际海上避碰规则》约束下的船舶实时自主避碰,并兼顾多种形状和类型的障碍物.建模方法简单实用,具有与电子海图显示与信息系统相结合的潜力.     

基于模型预测控制的智能车轨迹跟踪控制研究

为了完成智能车的轨迹跟踪,提出一种基于模型预测控制的轨迹跟踪方法,利用将运动学模型这个非线性系统线性化的方案,来获得必须的线性时变系统,采取模型预测控制的三要素来设计控制器。并且基于MPC在控制过程中能增加多种约束的优点,建立基于车辆运动学模型的约束做轨迹跟踪仿真实验,最后,基于山东理工大学智能车平台上GPS提供的定位信息,在校园中采集路线并对前提规划好的的轨迹进行实车验证。实验结果表明:基于MPC算法所设计的控制器能快速且稳定地跟踪期望轨迹。     

电动赛车半主动悬架系统仿真及实现

应用汽车动力学理论,以1/4汽车悬架模型为研究对象,用调节减振器的阻尼系数法,建立了二自由度电动赛车的半主动悬架最优控制模型,利用编制的路面谱作为激励输入进行了仿真,并与被动悬架性能进行了对比。结果表明,半主动悬架在车身垂直振动加速度、悬架动行程、轮胎形变量的改善度分别为31.3%、21.4%、12.6%,使车身的振动被控制在某个范围之内,大大提高电动赛车在行驶过程中的平顺性。     

基于滑膜控制的半挂汽车自动倒车路径跟踪

文章针对半挂汽车倒车时的跟踪控制问题进行了研究,建立了该系统在卡迪尔坐标系下的车辆非线性运动模型.为了简化求解过程,通过准确线性变换方法对建立的系统进行了线性化,设计了滑膜变结构控制器,基于Ackermann公式进行极点配置选取控制参数,最后对直线倒车路线的跟踪控制进行了仿真分析.仿真结构表明:设计的反馈控制器能改善半...     

基于前轮转角约束自适应模型预测控制的路径跟踪研究

针对在车辆行驶中较小的前轮转角无法充分利用路面附着能力,较大的前轮转角使得车辆的行驶稳定性差的问题,文章提出了一种前轮转角约束自适应模型预测方法。首先建立车辆的动力学模型,然后通过计算得到轮胎纵向力,最终得到车辆的前轮转角。将车辆的状态量与前轮转角自适应约束条件输入给模型预测控制器,输出车辆的前轮转角,实现对参考路径的跟踪。在Carsim和MATLAB平台上联合仿真,仿真结果表明前轮转角约束自适应模型预测控制的车辆相比固定转角约束的车辆具有较好的跟踪能力和稳定性。     

车辆道路跟踪鲁棒控制的研究

针对车辆自主道路跟踪中存在的多种不确定扰动的影响,采用μ鲁棒控制方法,根据车辆运行品质的实际要求,构造了一种车辆道路跟踪的控制框架,设计了鲁棒控制器。频域分析和时域仿真表明：设计的μ控制系统不仅具有良好的标称性能和鲁棒稳定性,并且取得了满意的鲁棒性能,满足车辆自主道路跟踪的要求。     

CATIA的汽车A级曲面质量评价方法

在汽车曲面造型工作中,高质量的A级曲面是后续生产工作能顺利进行的基本前提。文章介绍了汽车A级曲面的质量要求,并以某车型车身A级曲面造型为例,提出了采用控制点法和曲面断面线法等5种方法来评价汽车A级曲面的质量,并分别就其评价侧重点加以讨论,表明决定曲面质量的关键所在。指出采用这5种评价方法,可很好地评价曲面的总体质量,能很快发现曲面存在的问题。     

基于CATIA对轿车视野校核的开发

以汽车驾驶员眼椭圆为例,采用CATIA Automation方式,基于CATIA软件平台进行了相应的二次开发。阐述了眼椭圆在汽车前风窗玻璃刮扫面积校核、汽车后视野校核、A柱盲区角计算中的应用。在CATIA中将该车简化模型及相应百分位的人体模型导入已确定的车身坐标系中,根据计算出的眼椭圆中心坐标及倾斜角度即可从已建好的驾驶员眼椭圆样板库中调出任一百分位。     

智能车辆路径跟踪横向控制方法的研究

提出了一种智能车辆的路径跟踪横向控制系统.系统由期望航向偏差生成器和反馈控制系统两部分组成.期望航向偏差根据车辆-道路之间运动学关系来确定;而反馈控制系统则采用基于车辆-道路动力学模型的鲁棒PID控制器.在分析系统特性的基础上设计以某一速度为基准的、ITAE性能指标最优的固定增益鲁棒PID控制器和前置滤波器.在分析纵向速度对反馈系统影响的前提下,给出固定增益PID参数所适用的车速范围;分析了PID参数对闭环反馈系统的影响,调整了其他车速区间的PID参数.实车试验验证的结果表明,所提出的路径跟踪横向控制系统具有良好的路径跟踪能力.     

基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略

为了使全局路径与泊车路径无偏差对接,得到曲率连续的可行驶路径,为泊车模式切换提供精准位姿,提出基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略.首先,定义一种精简的停车场拓扑地图描述形式与道路拓扑设计原则,通过采集停车场内关键特征的定位数据建立停车场拓扑地图.其次,基于道路拓扑设计原则与泊车规划原则,设计"第1次平滑处理-路径...     

1种基于车辆时空图的车辆异常行为检测方法

对快速路车辆异常行为的检测有助于防止或及时处理交通事故,缓解交通拥堵,保障出行的安全和效率。采用多高斯背景模型提取前景运动车辆及其中心点并利用Kalman滤波算法跟踪运动车辆。在此基础上,得到各个车道上车辆的行驶时空图,通过车辆时空图对车辆行为进行轨迹分析,根据时间序列上车辆位置的变化检测车辆逆行,通过车间距和车辆位置状态信息检测车辆碰撞。实验表明,该方法能较好地识别出车辆异常行为。