發(fā)布時間：2020-08-20 17:59

【摘要】：隨著自動控制、電子信息等技術(shù)的迅猛發(fā)展以及這些技術(shù)在車輛上的應(yīng)用愈加廣泛,汽車正朝著更加智能化的方向發(fā)展。實現(xiàn)車輛的智能駕駛逐漸成了國內(nèi)外廣大學(xué)者以及汽車生產(chǎn)商的研究目標(biāo)。軌跡規(guī)劃與跟蹤控制車輛智能駕駛中占有著重要的研究地位。其中,軌跡規(guī)劃是整個智能駕駛過程中車輛安全運行的基礎(chǔ)。然而,目前大多數(shù)的軌跡規(guī)劃方法通常忽略了車輛高速行駛時的安全要求。而駕駛員模型作為車輛實現(xiàn)軌跡跟蹤控制的手段,通常都是將其劃分成橫向模型和縱向模型兩種模型進(jìn)行研究。但是,考慮到車輛的兩個方向運動之間的耦合特性,僅僅考慮單一方向的運動狀態(tài)來分別設(shè)計駕駛員模型會導(dǎo)致其控制效果產(chǎn)生較大誤差。本文將針對這兩個問題進(jìn)行探討分析。本論文受國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB0101102)“電動汽車智能輔助駕駛技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”的資助,主要包括如下幾個方面:通過使用雙曲正切函數(shù)對車輛在直線道路上的單變道軌跡進(jìn)行解析表示,然后結(jié)合道路信息以及車輛自身狀態(tài)信息,考慮到安全駕駛需求,以車輛轉(zhuǎn)向時所受到的橫/縱合力的摩擦圓約束為依據(jù),得到軌跡解析式中的各個參數(shù)的約束域,并根據(jù)駕駛員對軌跡特性的需求設(shè)計優(yōu)化函數(shù),進(jìn)而獲得滿足駕駛員特性的最優(yōu)變道軌跡。在駕駛員模型設(shè)計中,考慮車輛橫/縱向運動的耦合特性,建立了車輛三自由度單軌模型,并結(jié)合道路環(huán)境建立車輛—道路模型。然后根據(jù)分層控制思想,將控制器分成轉(zhuǎn)向控制器與跟蹤控制器,利用PID控制方法分別設(shè)計控制器,使車輛狀態(tài)量跟蹤上各自的期望值。在下層控制器設(shè)計中,通過軌跡曲率與車輛速度與前輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系,得到期望的前輪轉(zhuǎn)角,并利用偽逆法得到車輛輪胎的橫向力與縱向力,實現(xiàn)整個駕駛員模型的設(shè)計。最后,在Matlab/Simulink中搭建車輛—道路模型,對車輛直線行駛時的各種工況進(jìn)行仿真設(shè)計,并搭建所設(shè)計的駕駛員模型,對不同工況下的駕駛員模型的控制效果進(jìn)行觀察。仿真結(jié)果表明本文設(shè)計的駕駛員模型可以在車輛直線行駛的各種工況下對車輛的橫/縱向運動進(jìn)行統(tǒng)一準(zhǔn)確的控制,進(jìn)而說明本文對自動駕駛技術(shù)的發(fā)展具有一定的理論基礎(chǔ)和工程意義。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U491.25
【圖文】：

結(jié)合以上思路，首先觀察道路環(huán)境如圖 2.1:圖 2.1 中將車輛簡化成質(zhì)點，考慮到車輛自身寬度以及其余道路邊界避免最小安全距離，上下兩部分灰色虛線所夾區(qū)域即為車輛完成變道操作后其在的安全區(qū)域。通過閱讀相關(guān)駕駛員橫向模型文獻(xiàn)以及自身實際觀察，車輛執(zhí)行變道行為軌跡的解析形式表達(dá)方法對軌跡約束獲取具有參考作用，參考文獻(xiàn)[11]對表示方法，本次研究中將單變道操作的軌跡通過雙曲正切函數(shù)進(jìn)行近似表如下：1.通過調(diào)節(jié)雙曲正切函數(shù)的參數(shù)，可以使其圖像滿足相對于一點中心對特點在實際變道軌跡上同樣存在。2.雙曲正切函數(shù)是可微的，也就是說通過雙曲正切函數(shù)表現(xiàn)出的軌跡滿足駛時期望軌跡滿足的平滑變化的這一基本的必要條件。3.在以往的文獻(xiàn)中，已經(jīng)有相關(guān)學(xué)者采用雙曲函數(shù)作為期望軌跡的表達(dá)，chnelle, S.等人設(shè)計駕駛員模型時，將雙曲正切函數(shù)作為期望軌跡的發(fā)生，該軌跡表達(dá)方式具有足夠的文獻(xiàn)及理論支持。質(zhì)心距上車道線

縱向行駛方向圖 2.2 道路坐標(biāo)系表示的是車輛在縱向行駛共 2b 的距離時其橫向的位移變輛的橫向位移變化量，b 為軌跡的路程參數(shù)，表示車輛執(zhí)期望距離的1/2，k 為軌跡的橫向位移參數(shù)，表示車輛執(zhí)行望總位移的1/2，h 為車輛在大地坐標(biāo)系上的初始橫向位路程，a 為軌跡的平緩度參數(shù)，表示軌跡的平緩程度。的約束求取據(jù)道路環(huán)境安全需要以及車輛橫向運動穩(wěn)定性需要分別正切函數(shù)的各個參數(shù)的約束進(jìn)行解析。數(shù)和橫向位移參數(shù)的約束解析首先假設(shè)車輛執(zhí)行變道操作時其縱向行駛路程是已知的，過道路寬度 D，車輛與邊線的安全距離 dbuff，車輛自身寬

min max,4 2 2 2 4 2 2 buff buffd dw h D w hk k ··················如此，便得到了軌跡解析式中參數(shù) h、k 的約束域。2.平緩度參數(shù)的約束解析在確定了 h、k 的約束后，整個曲線參數(shù)僅剩 a 未處理，下面將根據(jù)車安全約束來獲得 a 的約束以得到整個軌跡的約束集。(1)確定a的下限圖 2.3 是雙曲正切函數(shù)tanh( )的一段圖像，若在一段直線路程中完成變，車輛則需要經(jīng)歷“直行→轉(zhuǎn)向→直行”的狀態(tài)變化，而在這段軌跡的初和結(jié)束階段分別對應(yīng)著車的初始狀態(tài)以及結(jié)束狀態(tài)，從軌跡圖像可知，雙函數(shù)在趨于正/負(fù)無窮時其值無限趨近于±1，也就是其斜率接近 0。這在標(biāo)系中，與車輛執(zhí)行變道操作的路線的初始/結(jié)束狀態(tài)正好吻合，因此，雙曲正切函數(shù)設(shè)計軌跡時，需要保證在道路的初始以及末端時軌跡曲線中正切函數(shù)tanh[ a (x-b) ]的函數(shù)值趨近于±1。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王藝兵，于培仁，王占林;駕駛員模型技術(shù)發(fā)展研究[J];山東紡織工學(xué)院學(xué)報;1994年02期

2 王超;郭孔輝;許男;張琳;劉洋;鄭磊;劉濤;;表征駕駛風(fēng)格和駕駛員能力的駕駛員模型[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2019年01期

3 屈香菊，方振平;駕駛員模型建模精度分析方法研究[J];飛行力學(xué);1996年02期

4 王沛然;常連玉;;基于改進(jìn)駕駛員模型的車道保持控制模型[J];中國安全科學(xué)學(xué)報;2018年07期

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本文編號：2798271