基于车车信息交互的智能车辆轨迹规划与运动控制

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1、中图分类号：TP242.6论文编号：102870218-S013学科分类号：080204硕士学位论文基于车车信息交互的智能车辆轨迹规划与运动控制研究生姓名王凯正学科、专业车辆工程研究方向车辆动力学指导教师林棻副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringIntelligentVehicleTrajectoryPlanningandMotionC

2、ontrolBasedonVehicleInformationInteractionAThesisinVehicleEngineeringbyWangKaizhengAdvisedbyAssociateProfessorLinFenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要智能汽车作为科技革命背景下的新兴技术，是目前世界公认的能够引发万亿级市场的技术发展与产业化方向。车联网作为一个新兴产业，其市场潜力和研究价值是不可估量的。在我国，车联网有极大的研究价值和市场发展潜力。驾驶员操纵特性以及传统智能

4、车辆无法探测到的道路和车辆信息对于丰富智能车辆的控制信息、实现安全驾驶有重要意义。首先，设计了基于驾驶员模型和模型预测控制算法（ModelPredictiveControl，MPC）的智能车辆方向控制策略。利用驾驶员特性模型和车辆运动学模型建立了包含驾驶员操纵特性的模型预测控制模型，同时将驾驶员特性作为控制器的状态量，设计了目标函数和约束条件，通过对车辆前轮转角的控制进而实现智能车辆的方向控制。通过仿真试验验证了算法的有效性。然后，采用三自由度车辆动力学模型作为基本车辆动力学模型，通过车车信息交互模块使车辆之间状态信息可以交互共享。将两车的交互

5、信息同时作为状态量，并依此建立了预测模型，进而根据控制目标设计了控制器的目标函数以及约束条件。针对智能车辆参考轨迹动态变化的问题，设计基于车车信息交互的智能车辆方向控制器。针对智能车辆所处驾驶环境动态变化以及信息交互延迟的特性，提出移动障碍物轨迹预测模型，对障碍物轨迹进行预测，实现参考轨迹的动态求解。通过不同的车速以及路面附着系数下的仿真试验，验证了算法的有效性和鲁棒性。最后，针对轨迹有重叠的相邻车道同向行驶智能车辆的换道场景，设计智能车辆的轨迹重规划运动控制器。控制器中加入避撞控制惩罚函数，设计局部轨迹重规划控制器。利用曲线拟合的方法实现局部

6、重规划的参考轨迹参数化输出，通过MPC方向控制器实现智能车辆方向控制。采用模糊PI（FuzzyPI）方法设计智能车辆的纵向速度控制器，共同构建智能车辆方向速度综合控制框架，实现智能车辆运动综合控制。通过仿真试验验证了算法的有效性。关键词：智能车辆，V2V，驾驶员特性，模型预测控制，轨迹重规划i基于车车信息交互的智能车辆轨迹规划与运动控制ABSTRACTAsanewtechnologyunderthebackgroundofscientificandtechnologicalrevolution,intelligentvehicleisrecog

7、nizedbytheworldasthedirectionoftechnologydevelopmentandindustrializationthatcanleadtotrillionsofmarkets.Asanewindustry,themarketpotentialandresearchvalueoftheinternetofvehiclesareimmeasurable.InChina,theinternetofvehicleshasgreatresearchvalueandthepotentialofmarketdevelopmen

8、t.Thedriver'shandlingcharacteristicsandtheinformationthatcannotbedetectedby