城市環(huán)境下無人駕駛車輛運動控制方法的研究.pdf

1、無人駕駛車輛是一種移動機器人，其關(guān)鍵技術(shù)涉及到環(huán)境感知、模式識別、導(dǎo)航定位、智能決策、控制工程以及計算機技術(shù)等眾多學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域，是驗證機器感知與認知理論和關(guān)鍵技術(shù)的最佳實驗平臺，同時其技術(shù)單元也可以幫助人類駕駛員進行車輛自主駕駛工作，并以此提高行車的安全和效率。
　　 在無人駕駛車輛的單元技術(shù)中，在未知路況條件下的高速高精度軌跡跟蹤自適應(yīng)控制一直是研究的重點和難點。針對城市綜合環(huán)境下無人駕駛車輛的運動控制問題，本文在傳統(tǒng)方

2、法的基礎(chǔ)上，根據(jù)車輛控制模型的特殊性和城市環(huán)境的復(fù)雜多樣性，提出了一些新的解決方案，以提高算法的適應(yīng)性。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1)對無人駕駛車輛控制理論的相關(guān)概念，對國內(nèi)外研究成果進行分析，了解汽車的運動特性及建模仿真方法，了解不同環(huán)境對車輛運動的影響，了解駕駛員的駕駛過程，從人對車輛的控制方式來思考無人駕駛控制所要面臨問題。
　　 2)對城市道路的分類和各自特點進行了歸納總結(jié)，明確了無人車在各種道路環(huán)

3、境所要完成的任務(wù);以“智能先鋒”無人駕駛車輛平臺為基礎(chǔ)，介紹了平臺的感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)。結(jié)合無人駕駛車輛在城市道路運動控制方面遇到的關(guān)鍵性問題提出控制系統(tǒng)采用的研究策略和設(shè)計思想。
　　 3)分析車輛縱向動力學(xué)，研究車輛縱向控制方法。分析總結(jié)“智能先鋒”動力傳動特性和制動力學(xué)特性，參考實際駕駛員對車輛的速度控制行為，結(jié)合專家控制方法，提出專家PID控制算法，根據(jù)實際駕駛員的駕車經(jīng)驗建立專家規(guī)則，解決在傳動系統(tǒng)

4、高度非線性和復(fù)雜的縱向干擾條件下的控制精度的問題，提高速度控制的魯棒性，實現(xiàn)無人駕駛車輛在城市道路行駛的速度控制。
　　 4)研究基于車輛操作動力學(xué)的橫向控制方法。建立車輛操縱動力學(xué)模型，進行車輛操縱動力學(xué)和輪胎側(cè)向力學(xué)分析;在“預(yù)瞄—跟隨”理論的控制模型和傳統(tǒng)PID控制方法的基礎(chǔ)上設(shè)計一種基于小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合的無人駕駛車輛橫向控制算法，使系統(tǒng)能夠自動補償被控模型和輸入信號發(fā)生的非預(yù)知的變化，解決由于模型不精確或存在

5、其他變化因素帶來的控制不確定性問題，從而使無人車能夠靈活的在各種道路環(huán)境實現(xiàn)穩(wěn)定準(zhǔn)確的道路跟蹤行駛。
　　 5)研究車輛高速行駛時的運動學(xué)特性，聯(lián)合考慮縱向控制和橫向控制之間相互制約關(guān)系，根據(jù)車輛操縱穩(wěn)定性及舒適性的要求建立了最高速度和最大轉(zhuǎn)向角的約束規(guī)則，以保障車輛行駛安全性。
　　 本文最后在真實的城市道路環(huán)境中，以“智能先鋒”無人駕駛車輛為實驗平臺，驗證了上述研究內(nèi)容的可行性和有效性，并根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)了目前控制系