基于改进人工势场的自动驾驶路径规划与跟踪控制

作     者：李古月 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李军

授予年度：2019年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：自动驾驶汽车 路径规划 人工势场 轨迹跟踪 速度跟踪 

摘      要：汽车行业转型升级带来的技术革新是不断促进汽车技术向绿色化、智能化发展的根本动力。自动驾驶技术正是热点技术之一同时已经成为行业的共识,自动驾驶技术是汽车智能化发展的趋势和最终目标。自动驾驶汽车从某种意识来说已经进化为智能机器人,其具有安全性好、经济性优、舒适性好以及资源占有率低等优点,且有利于智能交通的发展,因此自动驾驶技术具有广阔的发展前景。本文研究的内容在于:为了提高自动驾驶汽车路径规划的安全性,改进传统路径规划算法以及路径跟踪控制方法。主要内容如下:(1)结合路径规划和跟踪控制实际情况对整车模型做出合理假设,针对两轮驱动电动车建立的车辆4自由度的整车模型、电机模型、轮胎模型,为下文打下基础。(2)对比分析传统人工势场存在的问题,借鉴传统人工势场在机器人局部路径规划的思路,应用到了道路车辆路径规划领域,考虑车辆行驶道路变化趋势、边界范围以及障碍物移动属性等因素改进人工势场算法,通过仿真分析得知改进人工势场能够规划出符合道路领域的转向避障路径。(3)对车辆轨迹跟踪进行控制。将路径跟踪分为两部分:基于MPC控制的车辆侧向跟踪控制和基于PID控制的车辆纵向速度跟踪控制。其中建立了基于模型预测算法的路径跟踪控制器实现侧向跟踪控制,通过控制前轮转动跟踪期望轨迹实现路径跟踪;在纵向速度跟踪上,PID控制器不断地依据速度差实时改变踏板的开度,电机结合踏板开度和实时速度得到需求转矩,进行减速和加速控制。(4)在MATLAB/Simulink中对纵向速度跟踪控制器和横向运动跟踪控制器进行验证,仿真结果表明改进规划算法和路径跟踪控制方法能够很好地规划并跟踪路径。