Advertisement

自主驾驶车辆的路径规划及轨迹跟踪控制研究-路径规划、轨迹跟踪控制、MPC模型预测控制

  •  5星
  •     浏览量: 0
  •     大小:None
  •      文件类型：None

简介：
本文聚焦于自主驾驶车辆中的路径规划与轨迹跟踪控制技术，深入探讨了基于MPC（模型预测控制）的方法，旨在提升自动驾驶系统的安全性和效率。 为了减少道路突发事故并提高车辆通行效率，研究车辆的紧急避障技术以实现自主驾驶至关重要。基于车辆点质量模型，我们设计了非线性模型预测控制（MPC）路径规划器；同时，根据车辆动力学模型，我们也开发了线性时变MPC轨迹跟踪器。

全部评论 (0)

还没有任何评论哟~
客服
客服
客服关闭
  • 自主驾驶车辆的路径规划及轨迹跟踪控制研究-路径规划、轨迹跟踪控制、MPC模型预测控制
    优质
    本文聚焦于自主驾驶车辆中的路径规划与轨迹跟踪控制技术，深入探讨了基于MPC（模型预测控制）的方法，旨在提升自动驾驶系统的安全性和效率。 为了减少道路突发事故并提高车辆通行效率，研究车辆的紧急避障技术以实现自主驾驶至关重要。基于车辆点质量模型，我们设计了非线性模型预测控制（MPC）路径规划器；同时，根据车辆动力学模型，我们也开发了线性时变MPC轨迹跟踪器。
     
  • 自动驾驶汽车换道轨迹规划及跟踪控制策略研究
    优质
    本研究聚焦于开发高效的算法与模型，以优化自动驾驶汽车在复杂交通环境中的车道变换行为，涵盖轨迹规划和精准控制技术。 首先分析了自动驾驶车辆在换道过程中的行为特性及其与周围人工驾驶车辆的交互模式，并基于效用理论建立了分层Logit模型来模拟换道决策过程的主要方面——目标车道选择及目标车道间隙接受情况，提取影响这些决策的关键参数并利用极大似然估计方法进行标定。通过仿真分析了不同换道策略对车辆运行特性的影响。 其次，在确保自动驾驶车辆安全换道的前提下兼顾乘客舒适度，研究根据可能发生的临界碰撞状态推导出初始时刻的最小纵向安全距离，并采用多项式函数曲线规划轨迹，建立了四种不同的换车道模型：自由换道、原车道有前车障碍时的换道、目标车道存在前车阻碍情况下的换道以及面对后方车辆威胁的目标车道路径选择。对于部分模型进行了仿真测试以验证其有效性。 最后推导了自动驾驶汽车在执行换道动作过程中的运动学和横向动力学公式，通过结合预测控制与滑模控制技术设计了一套有效的轨迹跟踪控制系统来确保精确的行驶路线遵循性。 ### 自动驾驶车辆路径选择及轨迹规划研究 #### 一、背景和目标 随着科技的发展，自动驾驶汽车正逐渐成为汽车行业的新方向。在这一背景下，安全高效的车道变换对于实现完全自主导航至关重要。本项目致力于深入探究自动驾驶中换道行为的关键影响因素，并通过构建合理的决策模型与精确的路径规划算法来确保车辆能够在复杂交通环境中顺利执行换道操作。 #### 二、决策过程建模 ##### （一）交互分析和模型设计 在进行车道变换时，必须仔细考虑周围人工驾驶车辆的行为。基于效用理论建立了一个分层Logit框架用于描述自动驾驶车的路径选择及目标路段间隙接受度评估机制，其中包含两个主要方面：确定最佳的目标道路以及判断该道路上是否有足够的空间以安全完成换道动作。 ##### （二）模型参数优化 - **车道选取**：基于车辆当前位置和速度等关键因素计算出各潜在目标路线的价值，并据此做出选择。 - **间隙接受度评估**：通过效用理论来量化不同间距下的价值，从而决定是否可以利用现有的道路空间执行换道。 #### 三、路径规划策略 为了保证自动驾驶车能够安全地完成车道变换任务，在考虑避免碰撞的同时还需注重乘客的舒适体验。为此我们提出了一系列轨迹模型： - **自由模式**：当周围没有障碍物时允许车辆自主选择最优的时间和路线进行变道。 - **前方有障碍情况下的路径调整策略**：这种情况下，需要根据前车的速度与位置信息动态地调节换车道时机。 - **目标道路存在前行阻碍的解决方案**：在此情形下不仅要考虑自身与先行者的距离还要评估其状态以防止碰撞的发生。 - **后方威胁处理机制**：面对来自后面车辆的压力时提前规划好路径确保有足够的空间执行变道动作。 所有模型都采用了多项式函数曲线进行轨迹设计，保证了路线的连续性和平滑性，并通过实验验证它们的有效性。 #### 四、跟踪控制方案 为了使自动驾驶车能够准确跟随预设轨道行驶，在研究中还探讨了如何利用预测控制和滑模技术来开发出一套高效的路径追踪控制器。这包括建立车辆在执行变道操作过程中的运动学方程与横向动力模型，并在此基础上设计相应的控制系统以确保精确的跟踪性能。 通过上述对自动驾驶汽车换车道过程中决策行为、轨迹规划及跟踪控制等方面的研究，本项目不仅为未来智能交通系统的发展提供了重要的理论支持和实用技术方案。
     
  • chap6_LocalPlan_TrackingCtrl_无人驾驶轨迹规划_基于mpc的控制方法_无人驾驶车辆_车辆跟踪控制
    优质
    本章节探讨了无人驾驶车辆中基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪算法，重点研究其在实现精确路径跟随和动态调整驾驶策略中的应用。 在无人驾驶车辆模型预测控制的第二版第六章中，讨论了加入规划层的轨迹跟踪控制方法。
     
  • 自动驾驶汽车的车道变换轨迹规划及跟踪控制
    优质
    本研究探讨了自动驾驶汽车在复杂交通环境中的车道变换策略，提出了一种高效的轨迹规划和精准的实时跟踪控制系统方法。 本段落研究了自动驾驶车辆的换道轨迹规划与跟踪控制问题。 首先，在Frenet坐标系下进行动力学建模的基础上，针对五次多项式换道法在初始时刻仅能规划出一条静态换道路径的问题，结合行驶环境边界条件建立了一个动态调整的五次多项式模型。此方法将换道轨迹划分为横向和纵向两个独立的部分，并通过优化算法来提高整体性能。 其次，在解决轨迹跟踪控制中的计算量大以及鲁棒性差等问题上，本段落提出了一种解耦策略以降低横、纵向轨迹跟踪所需的计算资源。具体来说，利用双PID控制器进行纵向速度的精确调节；对于横向路径，则采用Ackermann公式设计相应的控制函数，并通过引入滑模切换技术来增强系统的抗干扰能力。此外，还证明了所提出的系统能够在有限时间内收敛到预定的目标状态。 最后，在高速行驶场景下进行了详细的仿真验证工作。借助于Matlab/Simulink与Prescan、Carsim等软件平台的联合使用，对上述换道轨迹规划及跟踪控制算法的有效性进行了全面评估。实验结果表明，结合模型预测控制技术后的五次多项式路径生成方法能够更高效地应对复杂的道路环境变化，并为自动驾驶车辆的安全运行提供了有力支持。
     
  • 关于无人驾驶车辆轨迹跟踪的模型预测控制研究.zip
    优质
    本研究探讨了在无人驾驶领域中利用模型预测控制技术进行车辆轨迹跟踪的方法与应用，旨在提升自动驾驶系统的稳定性和安全性。 基于模型预测控制的无人驾驶车辆轨迹跟踪问题研究
     
  • 关于自动驾驶车辆路径跟踪的模型预测控制研究
    优质
    本研究聚焦于自动驾驶领域中的路径跟踪技术，通过开发先进的模型预测控制系统，旨在提高车辆在复杂驾驶环境下的导航精确度与安全性。 在自动驾驶技术的研究领域内，针对自动驾驶车辆路径规划的轨迹跟踪问题是一个亟待解决且需要优化的关键课题。本段落基于模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）理论展开研究，具体探讨了以下三个方面的内容：首先，为了解决自动驾驶车辆对预定路径进行有效追踪的问题，引入传统的MPC理念，并设计了一套适用于该场景的轨迹跟踪策略；其次，在解决路径跟随过程中出现的稳定性差和适应目标速度变化能力不足等问题时，进一步提出了采用终端状态等式约束的改进型MPC方法；最后，在研究中为了提升车辆在跟随过程中的响应速度与稳定性能，提出了一种结合预测时间范围内系统输入输出收缩限制（Predictive Input and Outputs Contractive Constraint, PIOCC）的MPC轨迹跟踪控制策略。
     
  • 智能车辆的轨迹跟踪控制研究
    优质
    本研究聚焦于智能车辆的轨迹跟踪控制技术，探索并优化算法以实现精准、稳定的自动驾驶路径跟随，提升道路安全与驾驶体验。 为了适应系统模型的需求，我们建立了车辆三自由度动力学模型，该模型涵盖了横向、纵向及横摆三个方向的运动，并结合基于魔术公式的轮胎模型，在小角度转向的基础上对车辆模型进行了进一步简化，降低了复杂性，为后续轨迹跟踪控制的研究奠定了基础。接下来研究了非线性模型预测控制方法，并将其转化为易于求解的线性化形式。我们详细探讨了这一转化过程中的各种变换，并建立了相关的预测模型和目标函数。 此外，还深入研究了线性化误差、车辆动力学约束条件以及二次规划问题，基于这些理论结合车辆仿真模型设计出了模型预测轨迹跟踪控制器。在此过程中，特别关注了预测时域对系统性能的影响，通过速度与附着系数输入制定了一系列模糊控制规则，并确定了最优的预测时域参数。最终利用模糊控制原理开发了一种变时域自适应轨迹跟踪控制器。 为了验证所提出控制器的有效性，在多种工况下使用MATLAB/Simulink和Carsim软件搭建了一个联合仿真平台进行了测试。此外，还考虑到了参考路径上可能存在的障碍物情况，并在此基础上研究了避障轨迹跟踪控制策略。我们设计了一种双层系统：上层为基于模型预测算法的局部路径规划模块；下层则是负责执行具体跟随动作的轨迹跟踪控制系统。 通过以上工作，我们的目标是提高车辆在复杂环境中的自主导航能力，特别是在存在动态障碍物的情况下能实现安全、高效的行驶路线选择与实时调整。
     
  • 智能车辆的局部轨迹规划及跟踪控制算法探究
    优质
    本研究探讨了智能车辆在复杂环境中的局部路径规划与实时追踪控制策略，旨在提高行驶安全性和效率。通过优化算法，实现精准驾驶操作。 ### 智能车辆局部轨迹规划与跟踪控制算法研究 #### 一、研究背景与意义 随着自动驾驶技术的快速发展，其应用范围正逐渐从实验室走向实际道路环境。这不仅要求智能车辆具备高度自动化的能力，还需要在复杂的交通环境中安全高效地运行。因此，在这一背景下，针对智能车辆的局部轨迹规划和跟踪控制算法的研究成为当前的重点课题。该领域的研究成果对于提高自动驾驶汽车的安全性、有效性和实时性能具有重要意义。 #### 二、Frenet坐标系及其应用 ##### 2.1 Frenet坐标系简介 Frenet坐标系是一种特殊的三维坐标系统，它通过定义路径上的切向（T）、法向（N）和双法线方向（B）三个单位向量来描述沿着曲线路径移动的物体的状态。这种坐标系特别适用于智能车辆沿预定路线行驶的情况。 ##### 2.2 基于Frenet坐标系的轨迹规划 研究中首先引入了Frenet坐标系，并在此基础上构建了横向和纵向的轨迹规划模型，针对不同驾驶场景（如定速巡航、变道超车以及减速停车等），分别设计了相应的终端采样状态。此外还提出了一个用于评估不同场景下轨迹质量的质量评价函数。通过这种方式可以得到一系列具有不同程度评分的横纵向采样轨迹族。 #### 三、横纵向采样轨迹合成与优化 ##### 3.1 横纵向采样轨迹合成 为解决横向和纵向轨迹之间的协调问题，研究提出了一种基于质量评价并考虑运动学约束检测机制的横纵向采样轨迹综合算法。通过这种方式可以有效地筛选出满足实际车辆特性的高质量路径。 ##### 3.2 运动学约束与碰撞检测 为了进一步提高路径规划的安全性，采用了定向边界框法简化环境障碍物和无人车形状，并引入了分离轴理论进行碰撞检测。这些方法有助于避免行驶过程中与其他物体发生碰撞的风险，提高了轨迹设计的整体安全性。 #### 四、模型预测控制及优化 ##### 4.1 模型预测控制器（MPC） 基于汽车动力学原理建立了路径跟踪与纵向速度追踪的模型预测控制器(MPC)。通过将横纵向误差作为状态变量建立状态方程，并以此精确控制车辆按预期轨迹行驶。相比传统纯追踪控制器，该方法在复杂多变驾驶环境中表现出更好的适应性。 ##### 4.2 粒子群算法优化 为了进一步提升MPC性能，引入了粒子群算法(PSO)对控制器中的权重参数进行寻优处理，并通过对比实验验证其改进效果。结果显示基于PSO优化后的模型预测控制在跟踪精度方面有显著提高。 #### 五、综合仿真验证 ##### 5.1 双移线工况下的联合仿真实验 针对经过优化的MPC，设计了一套双移线工况下用于测试轨迹跟随能力的仿真实验。结果显示改进后的方法能够有效追踪期望路径，并展现出良好的跟踪性能。 ##### 5.2 主动避障系统验证 通过结合决策模块、轨迹规划和控制三部分功能，在静态及动态障碍物场景中进行了联合仿真实验，证明了所设计主动避障系统的有效性与实时性。实验表明该系统能够在复杂环境中快速准确地生成局部避让路径并进行跟踪。 #### 六、结论 本研究通过引入Frenet坐标系构建适合多种驾驶情况的横纵向轨迹规划模型，并提出有效的合成和优化算法；同时，利用MPC结合PSO实现了更高的跟踪精度。经过综合仿真验证证明了所提方法的有效性、安全性和实时性能，在复杂环境中的稳定行驶支持方面提供了强有力的技术支撑。
     
  • 自动驾驶 MPC 轨迹跟踪
    优质
    本项目聚焦于开发基于模型预测控制(MPC)算法的高效能自动驾驶轨迹跟踪系统，旨在提升车辆在复杂驾驶环境中的路径跟随精度与稳定性。 ### 智能驾驶相关 轨迹跟踪模型预测 #### 一、引言与背景 随着交通拥堵问题的日益严重以及道路安全性的需求提升，自动驾驶技术逐渐成为研究热点。本段落介绍了一种基于模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）的路径跟踪算法，旨在解决自动驾驶车辆在复杂环境下的路径跟踪问题。该方法通过综合考虑车辆动力学特性、执行器限制以及状态约束等多方面因素，实现了更为灵活且高效的路径跟踪控制策略。 #### 二、模型预测控制（MPC）概述 MPC 是一种先进的控制策略，在工业过程控制系统中得到了广泛应用。它能够处理复杂的动态系统，并有效应对各种约束条件。在自动驾驶领域，MPC 被用于路径跟踪和速度控制等多个方面。其核心思想在于：每个采样时刻根据当前系统的状态求解一个有限时间内的最优控制序列；仅将该序列中的第一个控制量应用于实际系统中；然后根据新的系统状态重复这一过程。 #### 三、路径跟踪问题的重要性 路径跟踪是实现自动驾驶车辆自主导航的关键技术之一。它涉及如何使车辆沿着预设的路径行驶，并确保其安全性和舒适性。良好的路径跟踪能力对于自动驾驶汽车来说至关重要，因为它直接影响到车辆能否准确无误地到达目的地。 #### 四、MPC 在路径跟踪中的应用 本研究采用 MPC 方法设计了一种路径跟踪控制器。具体步骤如下： 1. **确定可行区域**：依据检测到的道路边界来界定自动驾驶车辆（AGVs）的运行空间。 2. **建立运动模型**：随后，利用车辆的动力学和运动学模型描述其动态特性。 3. **设计控制器**：为了使 AGV 的实际轨迹保持在预定义区域内并满足安全性要求，采用 MPC 方法设计路径跟踪控制器。此过程中考虑了车辆动力学特征、执行器限制及状态约束等因素。 4. **稳定性分析**：进一步进行了系统稳定性的数学证明，并指出理论上不存在静态误差问题。 5. **仿真验证**：通过高保真度的 veDYNA 车辆模拟软件进行了一系列测试，以检验所提算法的有效性。这些测试涵盖了不同速度和道路摩擦系数等条件下的情况，结果显示该算法具有良好的路径跟踪性能。 #### 五、关键技术点 - **前轮转向角作为控制变量**：本段落中将 AGV 的前轮转向角度视为控制输入，并通过调整此参数实现轨迹追踪。 - **考虑车辆动力学与约束限制**：在设计 MPC 控制器时，充分考虑到车辆的实际动态特性和各种物理限制条件（如最大转角和加速度等）。 - **稳定性分析**：证明了系统的渐近稳定性质，并指出理论上不存在静态误差问题。 - **仿真验证**：使用高精度的 veDYNA 软件进行算法性能测试，结果表明在多种工况下均能实现有效的路径跟踪。 #### 六、结论 本段落提出了一种基于 MPC 的路径追踪控制策略，在综合考虑车辆动力学特性、执行器限制和状态约束的基础上实现了高效且灵活的轨迹跟随。通过仿真验证证明了所提算法的有效性和鲁棒性，为推动自动驾驶技术的发展奠定了基础。未来的研究方向可能包括更复杂环境下的路径规划与跟踪以及提高算法计算效率等方面。 该研究不仅对理论分析有所贡献，还具有较高的实际应用价值，在智能驾驶领域中有着广阔的应用前景和推广意义。
     
  • 基于LQR的自动驾驶车辆轨迹跟踪控制设计
    优质
    本研究提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)的自动驾驶车辆轨迹跟踪控制方案，旨在提高车辆在复杂环境下的行驶稳定性和路径跟随精度。 为了提高智能车的控制精度，以碰撞中心为参考点建立了前馈-反馈控制模型，并用该模型求解LQR问题，获得状态反馈控制率，从而实现最优控制。在双移线工况和8字形工况下，使用Matlab/Simulink与Carsim对LQR轨迹跟踪控制器进行了联合仿真。