智能车辆换道路径规划与跟踪控制研究

摘要

在当前交通事故频繁发生，交通安全问题日益突出的情况下，智能车辆越来越被各国交通领域专家和学者所关注，超速驾驶、疲劳驾驶、超载驾驶、酒后驾驶等行为是引起交通事故的主要原因。
　　在这些起因中，车辆换道是驾驶员常见的驾驶操作之一，它是驾驶员针对周围车辆的车速、车辆间距及周边道路状况完成自身驾驶目标的综合行为过程。在这个复杂过程中，由于驾驶员对安全换道的可行性判断失误或者盲目自信自己的驾驶技术进行强行换道，从而使车辆容易发生碰撞、追尾等事故。
　　本论文首先从智能车辆辅助换道系统的发展现状出发，重点分析几种比较典型的智能车辅助换道系统。同时结合近几年国内外各种实车模型和理论研究成果和方向，对单目视觉系统进行了结构设计和算法研究。
　　其次对视觉系统的关键技术，图像处理和路径的识别进行了研究，本文提出一种基于二次曲线模型的道路边界算法。将HOUGH变换应用于初始道路边界提取，然后进行二次曲线拟合得到道路的实际边界，该方法简单实用，易于实现，可以满足道路识别处理的实时性要求。
　　再次论文分析换道时前后两车之间的运动关系，简化换道时的车辆模型，研究避免车辆发生碰撞的条件，提出最小安全车距的计算方法来防止车辆换道发生追尾、角碰等事故，列举三种换道的轨迹规划方法，并对换道的轨迹规化方法进行研究和比较。
　　最后经过对轨迹规划方法的比较，选取正反梯形轨迹算法作为车辆换道的预期轨迹来进行运动轨迹规划，根据Ackermann & Jeantand转向模型推导并建立四轮转向车辆侧向动力学模型，运用终端滑模的控制方法对车辆换道进行仿真分析，实现对车辆换道轨迹的跟踪。仿真分析表明，通过采用四轮转向控制技术，可明显地减小跟踪误差，通过换道虚拟轨迹计算车辆换道时的横摆角及变化率参考值，不需要知道车辆位置信息，利用文中设计的横摆率跟踪控制规律能实现对换道期望轨迹的理想跟踪。

目录

智能车辆换道路径规划与跟踪控制研究

RESEARCH ON PATH PLANNING ANDTRACKING CONTROL FOR LANE CHANGINGBASED INTELLIGENT VEHICLE

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 智能车辆视觉导航系统方案设计

2.1 单目视觉导航系统

2.2 单目视觉导航系统设备组成与工作原理

2.2.1 系统的设备组成

2.2.2 系统的工作原理

2.2.3 系统功能

2.3 图像处理算法设计

2.3.1 算法总体设计

2.3.2 HOUGH变换原理

2.4 本章小结

第3章 图像的处理与路径识别

3.1 图像的获取和预处理

3.1.1 图像灰度调整

3.1.2 图像平滑处理

3.1.3 道路边界点的提取

3.2 图像路径识别算法及其数学基础

3.2.1 初始边界检测

3.2.2 曲线检测的限制

3.2.3 实验结果分析

3.3 本章小结

第4章 车辆换道的轨迹规划

4.1 常用运动规划的方法

4.2 车辆换道的安全距离

4.2.1 换道的安全距离

4.2.2 换道模型的简化

4.2.3 换道车辆参考点设置

4.2.4 最小安全距离分析和计算

4.3 车辆换道路径轨迹规划

4.3.1 基于圆弧的运动轨迹规划

4.3.2 基于sin 函数的运动轨迹规划

4.3.3 基于正反梯形的运动轨迹规划

4.4 本章小结

第5章 智能车辆换道的路径跟踪与仿真

5.1 车辆动力学模型

5.2 车辆换道控制方法

5.2.1 滑模变结构的概念

5.2.2 滑模变结构的存在及到达条件

5.2.3 滑动模态的运动方程

5.3 车辆换道控制系统设计

5.3.1 期望横摆角与横摆角速度

5.3.2 车辆换道控制律设计

5.3.3 车辆换道控制系统设计

5.4 车辆换道仿真研究

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历