城市環(huán)境下無人駕駛車輛運(yùn)動(dòng)控制方法的研究.pdf

1、無人駕駛車輛是一種移動(dòng)機(jī)器人，其關(guān)鍵技術(shù)涉及到環(huán)境感知、模式識(shí)別、導(dǎo)航定位、智能決策、控制工程以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域，是驗(yàn)證機(jī)器感知與認(rèn)知理論和關(guān)鍵技術(shù)的最佳實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)其技術(shù)單元也可以幫助人類駕駛員進(jìn)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(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)城市綜合環(huán)境下無人駕駛車輛的運(yùn)動(dòng)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?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 1)對(duì)無人駕駛車輛控制理論的相關(guān)概念，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究成果進(jìn)行分析，了解汽車的運(yùn)動(dòng)特性及建模仿真方法，了解不同環(huán)境對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)的影響，了解駕駛員的駕駛過程，從人對(duì)車輛的控制方式來思考無人駕駛控制所要面臨問題。
　　 2)對(duì)城市道路的分類和各自特點(diǎn)進(jìn)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(tái)為基礎(chǔ)，介紹了平臺(tái)的感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。結(jié)合無人駕駛車輛在城市道路運(yùn)動(dòng)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(jì)思想。
　　 3)分析車輛縱向動(dòng)力學(xué)，研究車輛縱向控制方法。分析總結(jié)“智能先鋒”動(dòng)力傳動(dòng)特性和制動(dòng)力學(xué)特性，參考實(shí)際駕駛員對(duì)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(shí)際駕駛員的駕車經(jīng)驗(yàn)建立專家規(guī)則，解決在傳動(dòng)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(shí)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(dòng)力學(xué)的橫向控制方法。建立車輛操縱動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行車輛操縱動(dòng)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(jì)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(dòng)補(bǔ)償被控模型和輸入信號(hào)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(shí)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(shí)的運(yùn)動(dòng)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(shí)的城市道路環(huán)境中，以“智能先鋒”無人駕駛車輛為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了上述研究?jī)?nèi)容的可行性和有效性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了目前控制系