仿優(yōu)秀駕駛員行為的無人駕駛車輛轉(zhuǎn)向控制研究.pdf

1、無人駕駛車輛是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，其研究的主要目的在于降低日趨嚴重的交通事故發(fā)生率，提高現(xiàn)有道路交通安全和運輸效率，在某種程度上緩解能源消耗和環(huán)境污染等問題。該技術(shù)的研究日益受到國內(nèi)外學者的關(guān)注。
　　本文針對無人駕駛車輛技術(shù)中的轉(zhuǎn)向控制問題，對基于―規(guī)劃-控制‖的主流轉(zhuǎn)向控制算法以及一種新的―擬人轉(zhuǎn)向控制模型‖進行了較深入的研究，具體研究內(nèi)容歸納如下：
　?。?）提出一種可行軌跡規(guī)劃方法?？尚羞\動軌跡規(guī)劃是車輛自主

2、駕駛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所規(guī)劃出的軌跡應具有連續(xù)曲率，且同時滿足運動學和動力學條件約束。研究無滑移約束下給定起止點位置及狀態(tài)的可行運動軌跡規(guī)劃方法?；谇拜嗈D(zhuǎn)向的單軌車輛模型，建立7維非線性車輛動力學模型。根據(jù)無滑移假設，推導前輪轉(zhuǎn)角及其轉(zhuǎn)角變化率的無滑移表達式。基于MNC輪胎/路面模型推導滿足車輛無滑移的動力學約束，將車輛的運動學和動力學特性轉(zhuǎn)化為對可行軌跡的約束條件。根據(jù)操縱性評價指標對軌跡進行優(yōu)化，規(guī)劃出具有連續(xù)曲率的車輛運動軌跡，并據(jù)其

3、給出最大速度輪廓曲線。利用閉環(huán)操縱穩(wěn)定性評價指標來優(yōu)化生成的軌跡。采用單移線的仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性。
　?。?）提出一種軌跡跟蹤控制律。針對車輛的轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤問題，根據(jù)車輛動力學模型中側(cè)向位置和橫擺角度之間的耦合關(guān)系提出一種基于動態(tài)面的跟蹤控制律。與以往的控制策略不同，新方法考慮了側(cè)向位置和橫擺角度的聯(lián)合控制。采用一階低通濾波器來獲得期望側(cè)向位置和期望橫擺角的微分項，使最終的閉環(huán)控制律中不含有誤差量的高階導數(shù)，便于工程設計

4、實現(xiàn)。利用Lyapunov方法對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，證明了所設計的控制律能夠穩(wěn)定收斂。通過仿真驗證了方法的有效性，具有優(yōu)異的軌跡跟蹤性能。
　?。?）建立一種擬人轉(zhuǎn)向控制模型。針對城市工況下的大角度轉(zhuǎn)向問題，通過模仿駕駛員轉(zhuǎn)向過程中的視覺注意機制，建立視覺環(huán)境計算模型，實時獲取擬人轉(zhuǎn)向控制器的狀態(tài)反饋參數(shù)；同時模仿駕駛員估計方向盤轉(zhuǎn)角的方式和調(diào)整方向盤的動作，建立了一種擬人轉(zhuǎn)向行為的瀑布式?jīng)Q策控制模型。根據(jù)駕駛員的預瞄特性，采

5、用模糊邏輯對預瞄航偏角和預瞄側(cè)向誤差分別估計出轉(zhuǎn)向意愿的強度，并考慮道路曲率的不同，利用杠桿原理決策出方向盤的調(diào)整角度；再結(jié)合方向盤調(diào)整角和車輛速度信息來決策出方向盤的調(diào)整速度，用于實現(xiàn)駕駛員調(diào)整方向盤的動作。對銳角和直角彎等大曲率轉(zhuǎn)向場景進行了仿真分析。結(jié)果表明：本文建立的擬人轉(zhuǎn)向控制模型泛化能力較強，能夠適應道路曲率變化，對交叉路口等道路曲率發(fā)生突變的路況也具有非常好的適應性，車輛運動軌跡與優(yōu)秀駕駛員的駕駛軌跡非常相近。