【摘 要】
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随着近两年人工智能技术的飞速发展,自动驾驶技术也正逐渐被广泛应用于各种场合。路径跟踪作为自动驾驶技术中最重要的一环,直接决定了车辆能否沿着规划的路径行驶。在城市道路上,由于存在道路线且路面相对较平坦,因此对于车辆路径跟踪的要求较低,单独的横向控制可以直接控制车辆进行变道,而在同一车道内,单独的纵向控制也可以直接控制车辆速度的变化。但在野外崎岖环境下,路面的不平整会对车辆同时造成横向与纵向的冲击,严
【基金项目】
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哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院产学研项目:6×6电动轻型全地形无人车野外环境下三维路径规划与横纵向耦合跟踪控制,项目编号:HIT-CXY-CMP2-PPTLC-21-01;
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随着近两年人工智能技术的飞速发展,自动驾驶技术也正逐渐被广泛应用于各种场合。路径跟踪作为自动驾驶技术中最重要的一环,直接决定了车辆能否沿着规划的路径行驶。在城市道路上,由于存在道路线且路面相对较平坦,因此对于车辆路径跟踪的要求较低,单独的横向控制可以直接控制车辆进行变道,而在同一车道内,单独的纵向控制也可以直接控制车辆速度的变化。但在野外崎岖环境下,路面的不平整会对车辆同时造成横向与纵向的冲击,严重影响车辆的跟踪精度。因此,本文对于横纵向综合跟踪控制进行了如下的研究:横向控制选用了模型预测(Model Predicitive Control,MPC)的控制算法。建立车辆的运动学和动力学模型,并将这二者转化为状态空间;对转化后的方程式作相应模型预测的改写,分析在下一个预测时域内车辆的行驶路径,控制当前时刻的输出量,获得车辆横向位移误差与前轮转角的关系表达式。仿真结果表明,不同的车辆模型在不同的车速下,横向控制精度不同,在不同路面附着系数下,速度对横向控制的影响较大。纵向控制选用了双PID的分层控制算法。上层控制器采用双PID的方法,获得车辆在当前时刻需要补偿的加速度。下层控制器根据每一时刻车辆的实时车速和补偿加速度,获得车辆的加速与刹车参数值。仿真结果表明对于不同的车速曲线,纵向控制算法均能实现对车速的跟踪,对于不同的路面附着系数,会存在因车轮打滑而导致的速度与加速度突变的情况。综合横向控制与纵向控制,并分别解决综合后出现的问题。对于运动学与动力学模型适用情况不同,根据车速的阈值,设计模糊控制的隶属度函数,实现模型切换;对于车辆转向过程中出现的转向不足,通过增加PID速度补偿器来弥补;对于不同路面附着系数下的跟踪控制,根据轮胎模型通过滑移率估计路面附着系数,并绘制了路面附着系数与速度加速度的对应表,从而增加车速跟踪控制过程中的约束。仿真部分,选取了不同的场景,其中包括三种常规场景和一个崎岖路面,结果表明,横纵向综合控制算法能很好的适应不同场景和不同路面,提高车辆在野外崎岖环境的跟踪精度。
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