發(fā)布時間：2017-10-14 10:23

  本文關(guān)鍵詞：智能車輛自主換道方法的研究

  更多相關(guān)文章： 智能車輛 換道 軌跡規(guī)劃 跟蹤控制 滾動優(yōu)化

【摘要】：隨著汽車智能化相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,人們對傳統(tǒng)汽車的認(rèn)識和駕駛方式逐漸發(fā)生了改變。智能車輛最終的目標(biāo)是將“人-車-環(huán)境”的閉環(huán)系統(tǒng)變?yōu)椤败?環(huán)境”系統(tǒng),也就是說智能車輛利用環(huán)境感知、電子信息和智能控制等技術(shù)自主完成交通環(huán)境中常見的駕駛操作,以避免因駕駛員的疲勞、不良駕駛習(xí)慣、分神和駕駛技術(shù)不足等造成的交通事故或交通堵塞。汽車變更車道是最常見的駕駛行為之一,也是最容易引發(fā)事故或道路堵塞的行為之一,智能車輛自主換道關(guān)鍵技術(shù)研究的目的就是為了使車輛自主進(jìn)行的車道變換操作比駕駛員的操作更具效率、合理性、安全性、舒適性。本文的研究工作屬于智能駕駛技術(shù)探究的范疇,主要是針對高速動態(tài)環(huán)境下車輛自主換道方法進(jìn)行研究,目前在復(fù)雜多變的真實交通環(huán)境中要想使智能車輛自主行駛能達(dá)到成熟駕駛員具有的智能、可靠的程度還有待時日。車輛在實際的變換車道過程中,換道持續(xù)時間比較短,車輛的速度一般保持穩(wěn)定,不會有大的波動,為了便于研究,暫不考慮對車輛縱向速度的控制。首先對智能車輛自主換道的決策進(jìn)行初步的研究。通過對駕駛員換道特性的分析,引入車輛速度和空間期望的概念,考慮安全性和個性化對智能車換道決策模塊進(jìn)行初步設(shè)計。在車輛的換道軌跡規(guī)劃方面,基于多項式來描述軌跡的方法比較多,但是在常見的規(guī)劃算法中車輛的起始點和目標(biāo)點是確定的,較少考慮規(guī)劃過程中交通環(huán)境的變化;路徑規(guī)劃最早起源于機(jī)器人的研究,然而汽車的尺寸較大,多數(shù)傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法將其簡化為質(zhì)點只考慮平動不考慮轉(zhuǎn)動,會帶來比較大的軌跡誤差;當(dāng)車輛的速度較高時,不考慮車輛的動力學(xué)特性也會有很大誤差。本文首先分析換道軌跡的特點,利用多項式生成換道軌跡簇,再綜合考慮車輛的安全性、穩(wěn)定性、合法性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo),篩選出最優(yōu)換道軌跡;考慮到交通環(huán)境是動態(tài)變化的,因此對交通車軌跡進(jìn)行預(yù)估,在此基礎(chǔ)上建立搜索空間,然后利用簡化的二自由度穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型作為軌跡發(fā)生器得到局部區(qū)域的軌跡簇,在搜索空間中對軌跡簇中的軌跡的進(jìn)行評價,剔除有碰撞可能的軌跡,以最優(yōu)換道軌跡為目標(biāo)選擇出車輛考慮多目標(biāo)約束的最終換道軌跡,此軌跡是在換道過程中實時動態(tài)產(chǎn)生。對于換道軌跡跟蹤控制,傳統(tǒng)的控制方法對環(huán)境和參數(shù)的依賴程度較高,當(dāng)環(huán)境有較大動態(tài)變化的情況,一些跟蹤控制方法不能很好的適應(yīng);在智能車輛行駛過程中存在著運動學(xué)的約束和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的約束,在高速狀態(tài)下還需要考慮動力學(xué)約束,還有一些道路物理限制如地面摩擦力、最大橫向位移等。傳統(tǒng)控制算法較難對這些約束進(jìn)行處理。本文利用模型預(yù)測控制具有對未來軌跡的預(yù)測和較強(qiáng)的處理多目標(biāo)約束的能力,合理建立換道過程中的約束條件,設(shè)計控制器,實現(xiàn)車輛的換道操作。最后利用實驗室研發(fā)的虛擬仿真驗證平臺Panosim中搭建仿真環(huán)境,驗證本文所研究的自主換道方法的有效性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：智能車輛 換道 軌跡規(guī)劃 跟蹤控制 滾動優(yōu)化
【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】：2016
【分類號】：U463.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 研究目的和意義10-12
• 1.2 智能車輛關(guān)鍵技術(shù)分析12-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 換道行為決策15-16
• 1.3.2 自主換道軌跡規(guī)劃16-17
• 1.3.3 自主換道軌跡跟蹤控制17-19
• 1.3.4 自主換道研究目前存在的問題19
• 1.4 本文擬解決的問題與主要研究內(nèi)容19-23
• 第2章 自主換道決策機(jī)制研究23-32
• 2.1 換道行為特性分析23-26
• 2.1.1 換道行為的產(chǎn)生23-25
• 2.1.2 換道過程的劃分25
• 2.1.3 換道場景的簡化25-26
• 2.2 智能車輛自主換道行為決策26-30
• 2.2.1 智能車輛間距期望27-28
• 2.2.2 智能車輛速度期望28
• 2.2.3 換道指令的產(chǎn)生28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 第3章 自主換道軌跡規(guī)劃算法研究32-47
• 3.1 分層運動規(guī)劃架構(gòu)32-33
• 3.2 無干擾的換道軌跡設(shè)計33-38
• 3.3 考慮交通干擾的換道軌跡設(shè)計38-46
• 3.3.1 交通車軌跡預(yù)估與搜索空間建立39-41
• 3.3.2 軌跡發(fā)生器的建立41-45
• 3.3.3 最優(yōu)換道軌跡的選取45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 軌跡跟蹤控制算法研究47-60
• 4.1 模型預(yù)測控制原理47-49
• 4.2 預(yù)測模型建立49-56
• 4.2.1 車輛動力學(xué)模型建立49-53
• 4.2.2 線性時變預(yù)測模型推導(dǎo)53-56
• 4.3 模型預(yù)測控制器設(shè)計56-59
• 4.3.1 換道控制過程中約束條件建立56-57
• 4.3.2 控制器的優(yōu)化求解57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 智能車自主換道方法的驗證60-73
• 5.1 虛擬仿真平臺搭建60-62
• 5.2 仿真試驗62-72
• 5.2.1 仿真參數(shù)62-63
• 5.2.2 前方車輛直線行駛的換道工況63-69
• 5.2.3 前方車輛干擾換道工況69-71
• 5.2.4 超車工況71-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 第6章 全文總結(jié)和展望73-76
• 6.1 全文總結(jié)73-74
• 6.2 未來工作展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 作者簡介及學(xué)術(shù)成果82-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 楊志剛;戚志錦;黃燕;;智能車輛自由換道軌跡規(guī)劃研究[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年03期

2 叢巖峰;安向京;陳虹;喻再濤;;基于滾動優(yōu)化原理的類車機(jī)器人路徑跟蹤控制[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2012年01期

3 李升波;王建強(qiáng);李克強(qiáng);;軟約束線性模型預(yù)測控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性方法[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年11期

4 陳無畏;李進(jìn);王檀彬;李碧春;;視覺導(dǎo)航智能車輛的路徑跟蹤預(yù)瞄控制[J];機(jī)械工程學(xué)報;2008年10期

5 高振海,姜立勇;汽車車道保持系統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J];中國機(jī)械工程;2005年03期

6 楊建國,王金梅,李慶豐,王兆安;微觀仿真中車輛換道的行為分析和建模[J];公路交通科技;2004年11期

7 高振海;汽車方向預(yù)瞄式自適應(yīng)PD控制算法[J];機(jī)械工程學(xué)報;2004年05期

8 徐友春,王榮本,李兵,李斌;世界智能車輛近況綜述[J];汽車工程;2001年05期

9 何克忠;智能移動機(jī)器人的一種體系結(jié)構(gòu)[J];機(jī)器人;1992年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 朱愿;基于視覺和雷達(dá)的智能車輛自主換道決策機(jī)制與控制研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2014年

2 游峰;智能車輛自動換道與自動超車控制方法的研究[D];吉林大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王琳;城市道路車輛換道行為特性研究[D];北京交通大學(xué);2014年

2 周蘆蘆;智能車輛關(guān)鍵技術(shù)研究[D];山東理工大學(xué);2010年

3 楊雙賓;高速公路車輛行駛安全輔助換道預(yù)警系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2008年

4 黃秋菊;車道變換行為特性及其對交通安全影響的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

5 鄧明哲;高速公路追尾碰撞預(yù)防報警系統(tǒng)的研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

6 侯德藻;高速公路追尾碰撞預(yù)防報警系統(tǒng)開發(fā)研究及其主控程序設(shè)計[D];長安大學(xué);2000年

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本文編號：1030547