基于模型预测控制的无人车动态路径规划与跟踪优化研究

发布时间：2025-05-29 00:30

　　道路交通事故的发生,给人们的生命财产安全带来了巨大的损失,因此寻求一种降低交通事故发生率的方法具有重要意义。无人驾驶技术由于其智能化的特点,使缓解交通安全问题和降低交通事故发生率成为可能,实现无人驾驶的基础和关键就是无人车的路径规划与轨迹跟踪。然而,规划与跟踪方法本身的局限性、无人车行车环境的复杂性和动态不确定性,为无人车规划最优可行路径、实时跟踪轨迹带来了较大的阻碍。虽然近年来基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的无人车路径规划与轨迹跟踪研究取得一定进展,但在最优路径、轨迹的跟踪精度和实时性方面仍然有较大的改善空间。因此,有必要对基于模型预测控制的无人车动态路径规划与轨迹跟踪进一步研究。本文的主要研究内容如下:(1)基于改进人工势场(Artificial Potential Field,APF)的无人车行车环境建模。首先在现有无人车行驶影响因素(障碍物、道路、其它环境车和目标点)的基础上,对于同一类因素的差异进行区别:将障碍物分为可跨越和不可跨越障碍物,道路边界和车道线也分别考虑。再通过分析各个影响因素的特征,分别重新设计势场函数。其次为APF中...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无人车局部路径规划
        1.2.2 无人车轨迹跟踪
        1.2.3 无人车组队行驶
        1.2.4 研究现状总结与分析
    1.3 本文研究内容
    1.4 本文组织结构
第2章 基于改进人工势场环境建模
    2.1 人工势场理论概述
    2.2 道路势场建模
        2.2.1 道路边界势场模型
        2.2.2 车道线势场模型
    2.3 障碍物势场建模
        2.3.1 不可跨越障碍物势场模型
        2.3.2 可跨越障碍物势场模型
    2.4 环境车势场建模
        2.4.1 环境车纵向势场模型
        2.4.2 环境车横向势场模型
    2.5 目标点势场建模
    2.6 改进人工势场
        2.6.1 增加临时障碍物
        2.6.2 MATLAB环境下APF仿真实验
    2.7 本章小结
第3章 基于MPC的局部路径规划与跟踪优化
    3.1 模型预测控制概述
    3.2 单车行驶控制策略设计
    3.3 单车行驶模型预测控制器设计
        3.3.1 车辆动力学模型
        3.3.2 车辆动力学模型线性化
        3.3.3 目标函数设计
        3.3.4 目标函数优化
        3.3.5 控制器约束条件制定
    3.4 仿真实验
        3.4.1 实验参数设定和场景描述
        3.4.2 实验结果及分析
    3.5 本章小结
第4章 无人车组队行驶控制设计
    4.1 组队行驶环境建模
    4.2 组队行驶策略设计
        4.2.1 组队行驶策略
        4.2.2 组队行驶条件
    4.3 组队行驶模型预测控制器设计
        4.3.1 目标函数设计
        4.3.2 约束条件
    4.4 组队行驶仿真实验
        4.4.1 实验场景描述和参数设计
        4.4.2 实验结果及分析
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 本文研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目
附录A



本文编号：4048442