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无人驾驶汽车轨迹跟随控制研究

【摘要】:无人驾驶汽车的运动控制是实现自主驾驶的先决条件,是无人驾驶研究的核心技术之一,对其深入的研究具有重要的意义,本文主要围绕轨迹跟随过程中稳定、准确的控制要求展开以下研究工作。首先,利用PreScan软件建立整车动力学仿真模型,在Matlab/Simulink环境下编写纵向速度跟随控制算法。纵向速度跟随控制器采用分层式的控制结构,其中上位控制器是基于线性时变模型预测算法,依据期望的纵向速度与实际行驶过程中的纵向速度得到期望的纵向加速度,下位控制器是基于逆纵向动力学模型,得到理想的油门开度或制动压力控制量,用以控制PreScan整车动力学仿真模型,进而达到纵向速度跟随控制的目的。其次,对无人驾驶车辆轨迹跟随控制问题进行了研究,无人车轨迹跟随问题包括纵向的车速跟随与横向的路径跟随,其中针对横向路径跟随控制精度问题,提出了一种基于Stanley控制理论的自适应横向控制系统。基于二自由度车辆运动学模型和轨迹跟随误差模型,综合考虑车辆实际位置与期望轨迹之间的横向误差、航向误差和横摆角速度误差三个部分,利用模拟退火粒子群优化算法优化了控制器参数,得到最优知识库,然后采用模糊控制系统在不同轨迹和车速下达到自适应控制效果,并利用Matlab/Simulink与PreScan联合仿真平台验证所提出控制方法的可行性。最后,在Ubuntu系统下的Qt集成开发环境中编写用于实车实验的算法程序,为验证所提出控制系统对不同车速与不同曲率轨迹的适应性,设计了包含多种典型工况的离线地图期望轨迹曲线,通过GPS/INS定位导航系统和离线地图对控制系统进行联合调试实验,进一步验证本文所设计的控制系统的有效性。

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