自动驾驶汽车的车道变换轨迹规划及跟踪控制

简介：
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。