智能汽车轨迹跟踪控制算法研究

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1、专业学位硕士学位论文智能汽车轨迹跟踪控制算法研究作者姓名陶冰冰学位类别工程(车辆工程)硕士指导教师周海鹰教授所在学院电气与信息工程学院论文提交日期2017年11月15日ResearchonintelligentvehicletrajectorytrackingcontrolalgorithmADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TaoBingbingSupervisor：Prof.ZhouHaiyingHubeiUniversityofAutomotiveTechnologyShiyan

2、,China分类号：TP273学校代号：10525学号：201511207密级：无湖北汽车工业学院硕士学位论文智能汽车轨迹跟踪控制算法研究Researchonintelligentvehicletrajectorytrackingcontrolalgorithm作者姓名：陶冰冰指导教师姓名、职称：周海鹰教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：车辆工程研究方向：智能驾驶纵横向控制研究论文提交日期：2017年11月15日论文答辩日期：2017年12月27日学位授予单位：湖北汽车工业学院学位授予日期：2018年1月8日答辩委员会成员：付勇智阳禩乾史旅华柳祥乐

3、杨亚会主席：付勇智委员：阳禩乾史旅华柳祥乐杨亚会摘要随着人均汽车占有量不断上升，由此引发了例如车辆拥堵、交通事故、环境污染、能源消耗等一系列问题，其中交通事故的发生问题尤为突出。因为智能汽车能够部分或全部地剔除了人为因素的影响，所以智能汽车被认为可以极大的解决交通安全问题。高效稳定的轨迹跟踪控制算法是实现自动驾驶车辆安全稳定行驶的前提，也是智能车实现智能化商用化的必要条件。本文首先对传统的基于最优LQR（LinearQuadraticRegulator）理论的轨迹跟踪控制算法进行了研究，并建立了轨迹跟踪控制的动力学模型和Fiala非线性轮胎模型。基于建

4、立的动力学模型，采用最优线性二次型调节器，求得反馈增益并确定出最优反馈控制率来实现最优的轨迹跟踪控制输入。由于最优LQR跟踪控制算法在轨迹跟踪过程中存在稳态横向偏差，因此提出了最优前馈LQR轨迹跟踪控制算法，来消除稳态横向偏差以提高轨迹跟踪控制精度。由于该方法无法处理约束条件，并且将非线性系统进行线性化近似处理，没有考虑参考轨迹形状对控制系统的影响。所以该方法对曲率突变敏感，在突变曲率输入下会有超调。鉴于此，本文进一步研究了基于前馈-反馈的轨迹跟踪控制算法。首先设计了基本前馈-反馈轨迹跟踪控制算法，前馈控制算法以车辆质心为参考点进行设计，主要对参考路径

5、曲率的变化进行干扰量补偿；反馈控制算法以汽车前瞻点为参考点进行设计，主要根据车辆状态反馈调整控制输入使得扰动和模型误差对跟踪的影响最小化，使车辆更接近期望路径并保持稳定。由于基本前馈-反馈控制算法是以不同的参考点来设计的，无法消除极限行驶时后轮侧偏力对横摆稳定性的影响。因此，为了提高车辆在极限工况下轨迹跟踪控制的稳定性，提出了以COP（CenterOfPercussion）为参考点来设计的集成前馈-反馈控制算法，并在反馈控制的设计过程中融合了最优LQR控制算法，提高了轨迹跟踪控制的精度和稳定性。最后，为了验证所提出的算法的有效性，对以上算法都进行了仿真

6、验证，并对最优前馈LQR轨迹跟踪控制算法和基本前馈-反馈控制算法进行了实车实验。结果表明，所提出的改进型基本前馈-反馈控制算法具有较好的控制效果，能够满足智能汽车轨迹跟踪控制的要求。关键词：智能汽车；轨迹跟踪；最优LQR控制；前馈-反馈控制IAbstractWiththeincreaseofcarperperson,aseriesofproblems,suchasvehiclecongestion,trafficaccidents,environmentalpollution,energyconsumptionandsoon,arecaused,esp

7、eciallythetrafficaccidents.Becausesmartcarscanpartlyorcompletelyeliminatetheimpactofhumanfactors,intelligentvehiclesareconsideredtobeabletosolvetrafficsafetyproblemsgreatly.Efficientandstabletrajectorytrackingalgorithmisthepremisetorealizethesafeandstablerunningofautomaticdrivin

8、gvehicles,andalsothenecessaryconditionforintell