智能车辆的轨迹跟踪控制研究

简介：
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。