本文關鍵詞：智能車控制系統(tǒng)的設計與路徑跟蹤算法的研究

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【摘要】：隨著汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展,汽車保有量也在逐年增加,由此引發(fā)的交通事故、道路擁堵、環(huán)境污染等現象也愈加嚴重。無人駕駛智能車的研究可以很好地避免交通事故的發(fā)生、提高交通運行效率、改善行車安全,并且采用新能源的智能車輛的研究能夠達到節(jié)約能源、緩解空氣污染等效果。無人駕駛智能車主要包括:環(huán)境感知、規(guī)劃決策和控制系統(tǒng)三部分。其中控制系統(tǒng)是智能車實現無人駕駛的基礎。智能車高精度控制是其研究領域內一大重點和難點,本文針對智能速度控制和路徑跟蹤展開了深入地研究,提出了一些新的解決方案,取得了如下幾點成果。首先,對智能車BJUT-IV的體系結構進行詳細地介紹,并對裝載在智能車上的傳感器的工作原理進行研究,為之后的信息采集、多傳感器融合、智能車速度控制和路徑跟蹤奠定了基礎。其次,設計了一種速度控制的策略。整個速度控制系統(tǒng)可以分為底層控制系統(tǒng)和上層控制系統(tǒng)兩方面:底層控制系統(tǒng)通過鋼絲繩連接電機與油門和剎車踏板,采用PID控制方法對電機進行位置控制;上層控制系統(tǒng)分為油門控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng),其中油門控制系統(tǒng)采用PID控制,制動控制系統(tǒng)采用模糊控制,采用切換的控制思想,有效地避免了剎車與油門間頻繁切換導致車輛執(zhí)行機構的損耗,保證了車輛在加、減速時的平穩(wěn)性。再次,根據電動助力轉向系統(tǒng)的結構和工作原理,并結合智能車BJUT-IV車體結構特點,設計了轉向控制系統(tǒng),并制定了控制策略,該套系統(tǒng)在控制過程中產生的誤差小,具有良好的準確性和快速性;在Pure Pursuit算法基礎上,提出了一種基于幾何位置關系確定預瞄點的方法,使車輛在路徑跟蹤過程中能夠迅速地確定預瞄點;根據車速確定預瞄距離和根據規(guī)劃路徑曲率調整控制器參數的方法,減小車輛在跟蹤路徑時產生的橫向偏差;建立車輛運動學數學模型,并進行仿真實驗,驗證算法的可行性和準確性。最后,在Visual Studio 2008上編寫智能車BJUT-IV上位機軟件,該軟件遵循UDP協議,通過網線獲取數據處理上位機發(fā)送過來的數據信息,同時采用RS232接口方式,將上位機的控制指令下發(fā)給各執(zhí)行機構。在校園道路進行實車實驗,以驗證智能車設計方案以及控制算法的有效性。
【關鍵詞】：智能車輛 速度控制 路徑跟蹤
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 智能車概述和研究意義10-11
• 1.1.1 智能車研究背景10
• 1.1.2 智能車研究的科學意義10-11
• 1.2 智能車國內外研究綜述11-18
• 1.2.1 國外智能車的研究發(fā)展及現狀11-15
• 1.2.2 國內智能車的研究發(fā)展及現狀15-18
• 1.2.3 智能車未來發(fā)展18
• 1.3 課題研究目標和內容18-21
• 1.3.1 智能車運動控制系統(tǒng)18-19
• 1.3.2 智能車的關鍵技術19-20
• 1.3.3 存在問題與本課題需求20-21
• 1.4 研究內容及結構安排21-24
• 1.4.1 課題來源及主要研究內容21-22
• 1.4.2 論文結構安排22-24
• 第2章 智能車車體結構及硬件組成24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 智能車體系結構24-26
• 2.3 傳感器26-29
• 2.3.1 激光雷達26-27
• 2.3.2 GPS定位系統(tǒng)27
• 2.3.3 慣性導航系統(tǒng)27-28
• 2.3.4 攝像頭28
• 2.3.5 里程計28-29
• 2.4 智能車通信系統(tǒng)29-30
• 2.5 智能車底層控制系統(tǒng)的設計30-37
• 2.5.1 轉向控制系統(tǒng)的設計31-36
• 2.5.2 油門、制動控制系統(tǒng)的設計36-37
• 2.6 本章小結37-38
• 第3章 智能車速度控制38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 控制要求38-39
• 3.3 底層控制系統(tǒng)39-41
• 3.4 智能車縱向動力學模型41-43
• 3.5 上層控制器設計43-49
• 3.5.1 控制器設計要求43-44
• 3.5.2 切換規(guī)則44-45
• 3.5.3 油門控制45-46
• 3.5.4 制動控制46-49
• 3.6 仿真實驗49-50
• 3.7 本章小結50-52
• 第4章 智能車路徑跟蹤52-74
• 4.1 引言52
• 4.2 轉向控制系統(tǒng)52-55
• 4.3 車輛運動學模型55-57
• 4.4 常用路徑跟蹤算法57-63
• 4.4.1 Pure Pursuit算法58-60
• 4.4.2 Stanley method60-61
• 4.4.3 環(huán)形預瞄法61-62
• 4.4.4 Follow the Carrot算法62-63
• 4.5 基于改進Pure Pursuit算法的路徑跟蹤63-71
• 4.5.1 預瞄距離的確定63-64
• 4.5.2 預瞄點的確定64-67
• 4.5.3 Pure Pursuit算法控制器的設計67-68
• 4.5.4 路徑跟蹤仿真實驗68-71
• 4.6 PID控制器71
• 4.7 本章小結71-74
• 第5章 上位機軟件及實驗試車74-84
• 5.1 上位機軟件設計74-80
• 5.1.1 引言74-75
• 5.1.2 軟件界面75-76
• 5.1.3 數據通信76-79
• 5.1.4 規(guī)劃決策79-80
• 5.2 實驗試車80-83
• 5.2.1 實驗目的80-81
• 5.2.2 實驗結果及分析81-83
• 5.3 本章小結83-84
• 結論與展望84-86
• 參考文獻86-90
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文90-92
• 致謝92

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本文編號：668321