结构化道路下智能车换道轨迹规划与跟踪控制研究

作     者：赵云龙 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭加耕;韩宗奇

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：换道轨迹规划 B样条曲线 动态规划 速度规划 LQR控制 

摘      要：换道是日常驾驶行为中最常见的一种行车方式,但也是引发一些交通事故的主要原因之一。随着自动驾驶技术的不断发展,能够有效减少交通事故的发生。因此,为了提高车辆在换道过程中的安全性,本文针对结构化道路环境,对自动驾驶车辆换道轨迹规划与运动控制问题进行研究,主要研究内容如下:(1)首先,介绍了结构化道路下的换道环境,对自动驾驶常用坐标系进行阐述;其次,建立本车与周围环境车辆的安全距离,分析了换道影响因素,完成基于模糊逻辑推理的换道决策算法。(2)在换道轨迹规划中,将轨迹规划问题转化为路径规划和速度规划两个维度。路径规划中,建立换道终点和控制点选取机制,采用B样条曲线作为换道模型生成换道路径,并设计目标函数,选取最优路径。速度规划中,将障碍车运动状态投影到S-T坐标系,采用动态规划算法搜索速度曲线,并建立目标函数选取最优速度,再运用五次多项式对速度曲线进行二次规划处理,最后得到满足车辆运动学约束的光滑换道轨迹曲线。(3)针对换道轨迹跟踪控制问题,横向控制策略上,采用车辆二自由度动力学模型,根据车辆投影点与轨迹参考点的关系,建立横向误差模型,采用线性二次调节器(LQR)进行横向位置跟踪。在纵向控制策略上,基于PID控制方法,对速度和纵向位置进行控制,并建立离线的动力标定表将车辆加减速信息转化为油门/刹车信号,最终实现横纵向分层控制。(4)搭建Matlab/Simulink与Carsim的联合仿真平台,对直道和弯道行驶工况进行仿真验证。仿真结果表明,在直道和弯道行驶条件下,本文算法均能完成换道任务,且能够保证车辆的行驶稳定性。