基于MPC的智能车辆变轨迹跟踪控制研究

摘要

为解决智能车辆进行变轨迹跟踪问题,基于传统的MPC(模型预测控制)控制器设计一种轨迹跟踪控制器,使所设计的控制器应用于智能车辆时能够先进行五次多项式的单行换道然后继续追踪一定半径的圆形轨迹行驶。采用二自由度车辆运动学模型,分析研究传统MPC控制器的设计原理,将二自由度车辆运动学模型进行线性、离散化处理得到线性误差方程;构建新的状态空间方程引入控制量的变化量,在此基础上进行迭代得到预测方程,利用这一时刻的状态量和控制量的变化量预测下一时刻的状态量。将求解这一时刻控制量的问题转化为二次规划问题,建立目标函数(代价函数),结合硬约束和软约束条件解得控制量,该控制量输入车辆模型得到新的状态量,进而得到新的误差方程,利用约束环节进行反馈校正,如此循环,逐渐追踪上参考轨迹。为防止求解最优解出现无解时能够继续进行计算,加入松弛因子得到新的能够适应变轨迹的MPC控制器。设计五次多项式的单行道换道轨迹与圆形轨迹的连续变轨迹,搭建Carsim-Simulink联合仿真平台进行实验,验证结果显示:该控制器应用于智能车辆时能够先进行单行道换道行驶然后继续进行圆形轨迹的变轨迹追踪,所设计的控制器具有新型可行性。