基于模型预测和路径规划的汽车主动转向避撞控制研究

摘要

车辆主动避撞控制系统一直是汽车安全领域的研究热点。当行驶路径前方有障碍物出现时，车辆可以通过自主制动或者主动转向的方式避免碰撞事故，显著提高车辆安全性。针对智能车辆的侧向主动安全避撞问题,本文以前轮转向的智能汽车为研究对象，采用牛顿分析力学方法，建立整车模型及二自由度非线性预测模型，提出基于模型预测控制原理的分层转向避撞控制策略，通过自主路径规划及路径跟踪控制，解决侧向避撞问题。
　　本研究主要内容包括：①车辆系统建模，包含被控车辆模型和预测模型。为解决模型预测控制方法中“预测模型精度和控制算法复杂性”这一矛盾问题，首先基于牛顿力学分析方法建立整车模型，并对整车模型进行适当解耦和简化，解决模型失配问题和动力学预示精度问题。②基于模型预测的避撞路径跟踪控制器设计。针对本论文提出的避撞路径跟踪问题，提出基于模型预测控制的避撞路径跟踪控制方法，将非线性系统转换为线性时变系统，推导避撞路径跟踪的模型预测控制算法，针对路径偏差及控制量进行在线优化，以满足适应不同车速及不同路面工况避撞控制需求。③控制参数对路径跟踪性能研究。为进一步提升研究路径跟踪控制器性能，结合大量研究结果，提出变采样周期和变预测时域的方式，在保证控制平稳的基础上，减小路径跟踪偏差。④针对基于模型预测的转向避撞控制器实用性问题，设计基于路径重规划的分层转向避撞控制器。在避障路径跟踪器的基础上，引入避障惩罚函数，设计基于模型预测的上层路径规划控制器，实现“自主避撞路径规划+路径跟踪”的目标。通过对局部路径规划效果和避障函数的研究和实际避障阶段要求，提出改进的避障函数，提升路径规划控制系统性能。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 主动避撞研究现状

1.3 主动避撞系统研究中存在的问题

1.4 论文的主要研究内容

2 车辆动力学建模及避撞路径规划

2.1整车动力学建模

2.2轮胎模型

2.3二自由度车辆预测模型

2.4预测模型验证

2.5避撞路径模型

2.6本章小结

3 主动转向避撞路径跟踪控制研究

3.1模型预测控制原理

3.2路径跟踪控制问题分析

3.3视觉传感器的数据处理

3.4路径跟踪控制算法

3.5 仿真试验与分析

3.6本章小结

4 基于自动路径规划的主动避撞控制

4.1动态路径规划控制系统

4.2基于MPC的轨迹规划器

4.3避撞路径规划器仿真试验与优化

4.4本章小结

5 全文总结

5.1研究工作总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：