【摘 要】
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随着汽车保有量逐年上升导致的交通拥堵、安全事故以及能源枯竭等问题日益严重,以及传感器技术的发展、计算机数据处理能力的提高和5G通信技术的突破,自动驾驶已经成为学术界和工业界的研究热点。按照规划路径进行横向跟踪控制作为自动驾驶核心关键技术之一,是其能应用于各种复杂交通场景的重要前提。本文针对自动驾驶汽车的横向跟踪控制问题展开了深入的研究,主要内容如下:（1）车辆系统动力学建模。分析轮胎侧向力与侧偏角
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随着汽车保有量逐年上升导致的交通拥堵、安全事故以及能源枯竭等问题日益严重,以及传感器技术的发展、计算机数据处理能力的提高和5G通信技术的突破,自动驾驶已经成为学术界和工业界的研究热点。按照规划路径进行横向跟踪控制作为自动驾驶核心关键技术之一,是其能应用于各种复杂交通场景的重要前提。本文针对自动驾驶汽车的横向跟踪控制问题展开了深入的研究,主要内容如下:（1）车辆系统动力学建模。分析轮胎侧向力与侧偏角之间的关系,建立轮胎线性模型,并利用组合导航数据对轮胎侧偏刚度进行辨识,获取实验车辆整车参数;建立车辆二自由度动力学模型,介绍实验平台并设计实车实验,采集能够表征车辆横向动力学特性的状态参数和方向盘转角控制量,对比模型输出和实际车辆状态之间的差距,验证模型的准确性。（2）常规工况下的横向控制策略研究。以横向跟踪误差为目标函数建立约束条并完成车辆横向控制策略设计,利用Car Sim和Simulink进行路径跟踪联合仿真,验证控制策略跟踪性能;设计LQR控制器与模型预测控制器对比,在不同车速工况下进行仿真试验,证明模型预测控制器在较高车速下也能保持良好的控制效果。（3）路面附着极限工况下横向控制策略研究。考虑轮胎非线性特征,对车辆的稳定状态进行分析,推导随车速变化的车辆稳定区域边界;将前轮侧向力作为控制输入设计横向控制器,以保持轮胎非线性的同时使动力学输入和状态量之间呈线性关系,并将稳定区域边界作为模型预测控制器约束条件;在中、高速工况下完成路径跟踪对比仿真试验,验证控制器在轮胎-路面附着极限工况下的控制性能。（4）自动驾驶汽车横向控制实车实验。以“行远”自动驾驶实车平台为实验对象,在校内自动驾驶试验场地完成大曲率转弯、环形绕圈行驶、双移线工况以及高速换道的路径跟踪实车实验,通过较小的跟踪误差和稳定的车辆状态量变化,说明所设计控制器在实际应用中具有良好的跟踪控制效果。
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