本文關(guān)鍵詞：基于模型預(yù)測(cè)控制的無(wú)人駕駛車(chē)輛軌跡跟蹤控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高效穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制系統(tǒng)是無(wú)人駕駛車(chē)輛實(shí)現(xiàn)智能化和實(shí)用化的必要條件。本課題研究的對(duì)象和問(wèn)題是：高速行駛的無(wú)人駕駛車(chē)輛，如何通過(guò)前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在冰雪等復(fù)雜路面上的軌跡跟蹤控制。本文以6自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型和魔術(shù)公式輪胎模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用模型預(yù)測(cè)控制理論，結(jié)合側(cè)偏角軟約束，設(shè)計(jì)基于線性時(shí)變模型預(yù)測(cè)控制算法的軌跡跟蹤控制器，通過(guò)前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制車(chē)輛，在保證車(chē)輛穩(wěn)定性的前提下，，實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤。 應(yīng)用魔術(shù)公式輪胎模型描述輪胎特性。基于6自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型和魔術(shù)公式輪胎模型設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)模型，一方面滿(mǎn)足控制算法的實(shí)時(shí)性要求，另一方面克服高速低附著路面工況下的預(yù)測(cè)模型失配的影響。 將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性時(shí)變系統(tǒng)，推導(dǎo)了線性時(shí)變模型預(yù)測(cè)控制（LTVMPC）算法公式，將LTV MPC最優(yōu)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為便于計(jì)算機(jī)求解的標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃問(wèn)題。 結(jié)合約束條件和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，建立了前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向LTV MPC軌跡跟蹤控制器。同時(shí)考慮到車(chē)輛高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性需求，提出側(cè)偏角軟約束。避免了車(chē)輛在彎道行駛中因前軸側(cè)滑而失去軌跡跟蹤能力或后軸側(cè)滑甩尾而失去穩(wěn)定性。 通過(guò)搭建Simulink/Carsim聯(lián)合仿真平臺(tái)，完成了雙移線工況下軌跡跟蹤控制算法的仿真驗(yàn)證與跟蹤性能對(duì)比。仿真結(jié)果表明，與預(yù)瞄跟蹤最優(yōu)控制算法和未考慮側(cè)偏角軟約束的前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向LTV MPC算法比較，考慮側(cè)偏角軟約束的前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向LTV MPC軌跡跟蹤控制器綜合性能最優(yōu)。該控制器對(duì)解決無(wú)人駕駛車(chē)輛在高速和冰雪等復(fù)雜路面下的軌跡跟蹤控制問(wèn)題具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)路面附著條件、車(chē)速變化和參考軌跡具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)人駕駛車(chē)輛 模型預(yù)測(cè)控制 動(dòng)力學(xué)模型 輪胎模型 軌跡跟蹤控制
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U463.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景和意義9-11
• 1.2 無(wú)人駕駛車(chē)輛軌跡跟蹤控制算法研究概述11-16
• 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容16-19
• 第2章 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和輪胎模型19-35
• 2.1 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型19-24
• 2.2 輪胎模型24-33
• 2.2.1 魔術(shù)公式輪胎模型建立25-29
• 2.2.2 輪胎特性仿真分析29-33
• 2.3 本章總結(jié)33-35
• 第3章 線性時(shí)變模型預(yù)測(cè)控制問(wèn)題的轉(zhuǎn)化與求解35-45
• 3.1 非線性模型預(yù)測(cè)控制35-36
• 3.2 線性時(shí)變模型預(yù)測(cè)控制36-38
• 3.3 預(yù)測(cè)模型設(shè)計(jì)38-41
• 3.4 QP 問(wèn)題轉(zhuǎn)化41-44
• 3.5 本章總結(jié)44-45
• 第4章 前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制45-85
• 4.0 LTV MPC 控制器設(shè)計(jì)45-50
• 4.1 車(chē)輛穩(wěn)定性分析50-51
• 4.2 雙移線工況下 AFS 軌跡跟蹤控制51-54
• 4.3 控制器 A 預(yù)瞄跟蹤最優(yōu)控制54-61
• 4.3.1 仿真工況 1：初始車(chē)速為 10m/s54-56
• 4.3.2 仿真工況 2：初始車(chē)速為 12.15m/s56-58
• 4.3.3 仿真工況 3：初始車(chē)速為 12.5m/s58-61
• 4.4 控制器 B 前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向 LTV MPC 控制器（無(wú)側(cè)偏角軟約束）61-71
• 4.4.1 仿真工況 1：初始車(chē)速為 12.5m/s61-64
• 4.4.2 仿真工況 2：初始車(chē)速為 20m/s64-68
• 4.4.3 仿真工況 3：初始車(chē)速為 22.1m/s68-71
• 4.5 控制器 C 前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向 LTV MPC 控制器（側(cè)偏角軟約束）71-82
• 4.5.1 仿真工況 1：初始車(chē)速為 12.5m/s71-75
• 4.5.2 仿真工況 2：初始車(chē)速為 20m/s75-78
• 4.5.3 仿真工況 3：初始車(chē)速為 22.1m/s78-82
• 4.6 控制器性能對(duì)比82-83
• 4.7 本章總結(jié)83-85
• 第5章 總結(jié)與展望85-87
• 5.1 本文的研究成果85-86
• 5.2 本文研究的創(chuàng)新點(diǎn)86
• 5.3 未來(lái)研究工作展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-92
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單92-93
• 致謝93

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