基于UniTire轮胎模型的汽车行驶速度估计

准确而实时地获取车速信息是汽车实现高精度定位与导航、高级巡航控制和编队巡航控制等功能的必要前提,文中提出一种基于UniTire轮胎模型的汽车行驶速度估计方法。首先,基于UniTire轮胎模型建立包含汽车纵向、侧向和横摆动态的车速估计名义模型,并利用自适应遗传算法的全局搜索优势和拟牛顿法的局部搜索优势辨识出UniTire轮胎模型的特征参数的全局最优解;随后,以车速估计名义模型的过程噪声和观测噪声为调度变量,利用强跟踪中心差分卡尔曼滤波器设计一簇车速估计器,并采用交互式多模型算法对基于强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速估计器簇的输出结果进行平滑融合;最后,利用整车级硬件在环仿真平台对所提出的基于交互式强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速估计算法的可行性和有效性进行验证。结果表明:相对于基于强跟踪中心差分卡尔曼滤波器的车速信息估计算法,本文提出的车速信息估计算法对系统噪声统计特性具有更好的自适应能力,并且具有更高的估计精度。

基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

本文中针对无人驾驶汽车弯道超车工况,提出一种基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划算法,以及一种基于线性鲁棒控制理论的汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。首先,分别基于螺旋下降函数、斜坡正弦函数和指数函数构建弯道引力势能场、同车道行驶较慢车辆斥力势能场和弯道边界斥力势能场,三者构成汽车弯道超车路径的搜索空间。随后,设计一种可应用于动态环境的增量搜索算法,逐步搜索汽车弯道超车路径搜索空间的最快下降方向,进而规划出汽车弯道超车路径。为执行规划出的汽车弯道超车路径,以线性2自由度汽车动力学模型为基础建立包含参数摄动的汽车弯道超车路径跟踪误差动态模型,并基于线性鲁棒控制法设计汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。最后,仿真验证所提出的汽车弯道超车路径规划算法和路径跟踪最优保性能控制策略的可行性和有效性,结果表明:所提出的路径规划算法和跟踪控制策略可安全、舒适地引导汽车完成弯道超车工况。

采用滑模条件积分的无人驾驶汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

针对无人驾驶汽车弯道超车场景,基于五次多项式曲线提出一种路径规划算法和基于滑模条件积分控制方法提出一种路径跟踪控制策略.首先,为了简化无人驾驶汽车弯道超车路径规划过程,将其分解成驶入超车道路径、保持超车道内行驶路径和驶回原车道路径3部分,并基于五次多项式曲线分别规划出满足汽车侧向加速度约束和动态障碍物避障约束的驶入超车道路径和驶回原车道路径,3部分路径平滑连接构成无人驾驶汽车弯道超车路径.随后,为了高精度的跟踪规划的路径,采用滑模条件积分控制方法设计具有强鲁棒性优点且无抖振的无人驾驶汽车路径跟踪控制策略,并采用李雅普诺夫稳定性理论证明其收敛性.最后,进行了算法的仿真验证,结果表明:所提出无人驾驶汽车路径规划算法和路径跟踪控制策略可以引导无人驾驶汽车安全、舒适的完成弯道超车操作,并且相对于斯坦利方法,具有更快的响应速度和更高的跟踪精度.

汽车紧急换道避障的路径规划与跟踪控制

针对汽车紧急换道避障路径规划和跟踪控制问题,基于B样条曲线提出一种高效率的汽车紧急换道避障路径规划算法,并基于模型预测控制方法提出一种高精度的汽车紧急换道避障路径跟踪策略。首先,利用B样条曲线微分平坦输出参数化方法,将汽车紧急换道避障路径规划问题转化为B样条曲线控制点的非线性规划问题,并通过内点法求解该非线性规划问题得到最优的汽车紧急换道避障路径。为了执行基于B样条曲线规划的汽车紧急换道避障路径,基于汽车运动学和动力学模型建立线性预测模型,并采用模型预测控制方法推导出可有效处理前轮转向角和转向角速度约束的汽车紧急换道避障路径跟踪控制策略。最后,采用车辆动力学软件对所提出的汽车紧急换道避障路径规划算法和汽车紧急换道避障路径跟踪控制策略的可行性和有效性进行仿真验证,结果表明:所提出的方法可以安全、快速、稳定地引导汽车避开障碍物。

基于自适应滤波器的无人驾驶汽车速度估计

针对无人驾驶汽车容错控制对速度信息软测量技术的需求,提出了一种基于交互式多模型无迹卡尔曼滤波器的无人驾驶汽车速度估计方法,以自适应系统未知的噪声统计特性。首先,基于无人驾驶汽车定位信息建立了包含汽车运动学和动力学特性的名义模型,并采用前向欧拉离散化方法将其转化为包含系统噪声统计特性的状态空间名义模型;然后,采用一系列典型值描述系统未知的噪声统计特性,得到一系列包含不同系统噪声统计特性的状态空间名义模型,并针对每一个状态空间名义模型,分别采用无迹卡尔曼滤波器对无人驾驶汽车的速度进行实时估计,通过交互式多模型算法平滑融合无迹卡尔曼滤波器的输出,由此得到对系统噪声统计特性具有自适应能力的交互式多模型无迹卡尔曼滤波器。实车试验结果表明,所提出的方法对汽车纵向速度的估计精度是传统无迹卡尔曼滤波方法的4倍,对汽车侧向速度的估计精度是传统无迹卡尔曼滤波方法的1.5倍,满足无人驾驶汽车容错控制的需求。

线控四轮转向汽车平行泊车路径规划与跟踪控制

针对线控四轮转向汽车平行泊车路径规划与跟踪控制问题,提出一种基于改进粒子群优化算法的平行泊车路径规划方法和一种基于前馈控制和反馈控制的平行泊车路径跟踪控制策略.首先,综合考虑线控四轮转向汽车运动学非完整约束、动力和转向子系统的过程约束和边界约束、避障约束、泊车初始位姿和目标位姿约束,建立以最小化泊车过程总时长为目标的平行泊车路径规划约束最优化问题,并采用可以处理等式约束和不等式约束的粒子群优化算法对其进行求解,得到最优平行泊车路径.随后,利用平行泊车路径规划过程得到的车轮转向角作为前馈控制量,并利用汽车实际位姿与期望位姿的偏差构建PI反馈控制量,实现对规划的平行泊车路径快速、精确和稳定的跟踪控制.最后,利用车辆动力学仿真软件构建模型在环仿真系统,验证所提出方法的可行性和有效性.结果表明:所提出的方法可以快速、精确和稳定地引导线控四轮转向汽车自动完成平行泊车任务.

基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略设计

针对汽车高速紧急换道避障轨迹规划与跟踪控制问题,提出一种基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略。首先,采用汽车运动学与动力学模型相结合的方式将汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题转换成汽车高速紧急换道避障最优控制问题,再通过Radau伪谱法将其转化为非线性规划问题,从而直接得到汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题的最优解,即:目标轮胎纵向滑移率和目标前轮转向角速度。随后,采用离散滑模变结构控制理论设计了对参数摄动和外界干扰具有强鲁棒性的车轮滑移率自适应滑模跟踪控制律,实现目标轮胎纵向滑移率的跟踪控制。最后,基于高精度的车辆动力学软件构建模型在环仿真系统,验证所提控制策略的可行性和有效性。

线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划

针对线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划问题,提出了一种对动态障碍物具有自适应能力的自主代客泊车路径规划方法。首先,采用栅格地图描述停车场环境信息,将连续状态空间中的自主代客泊车路径规划问题转化为离散状态空间中的自主代客泊车路径规划问题,并采用各向同性的圆形结构元素对栅格地图进行膨胀处理,使规划的自主代客泊车路径与障碍物之间保持一定的安全距离。随后,采用D*Lite算法规划出对动态障碍物具有自适应能力的全局自主代客泊车路径,并采用动态窗口法和圆弧-直线组合方式沿着全局路径规划出满足线控四轮转向汽车运动学和机械约束的局部自主代客泊车路径,引导汽车安全无碰撞地进入斜向泊车位。最后,通过仿真验证所提方法的可行性,结果表明:所提出的方法可以在动态障碍物存在的自主代客泊车场景中规划出安全无碰撞的可行路径,引导汽车进入目标斜向泊车位。

采用极点配置的自动驾驶汽车换道路径规划与跟踪控制

针对自动驾驶汽车高速行驶过程中切换道路避让障碍物工况,提出了一种基于三次多项式曲线的路径规划算法和一种基于线性矩阵不等式区域极点配置方法的路径跟踪控制策略。首先,将汽车换道避让路径分解成几何形状相同的4段路径,采用三次多项式曲线规划出满足汽车运动学和动力学约束的第一段路径,并通过对第一段路径进行平移、翻转和旋转操作得到后3段路径,以及实现4段路径的平滑连接;然后,基于线性二自由度汽车动力学模型建立能够充分表征轮胎侧偏刚度不确定性的汽车换道避让路径跟踪控制模型,并采用线性矩阵不等式区域极点配置方法设计具有“前馈+反馈”控制结构的汽车换道避让路径跟踪控制策略,使闭环系统的极点配置在期望的位置上,保证闭环系统具有良好的动态和稳态性能。仿真实验结果表明:所提出的方法可将汽车驶离本车道时的纵向延迟距离由4.3 m减小到2.3 m,并且将汽车靠近目标车道时的最大侧向超调量由0.21 m减小到0.004 m,呈现出更好的动态和稳态性能。

基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统集成控制问题,基于耗散性理论设计了一种非线性鲁棒控制器。将未建模动态、模型参数和反馈信号测量误差作为系统的加性不确定性和乘性不确定性,建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车底盘集成控制模型;基于耗散性理论设计汽车底盘集成非线性L2增益控制律来抑制系统的加性不确定性对系统性能的影响,并采用投影修正法设计自适应律来实时估计和补偿系统的乘性不确定性;采用逐步二次规划法来实现汽车底盘集成非线性L2增益控制律输出的校正横摆力矩约束优化分配。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的汽车底盘集成非线性鲁棒控制器的可行性和有效性进行了验证。

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.

基于高斯伪谱法的汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

针对汽车弯道超车路径规划与跟踪控制问题,提出了一种基于高斯伪谱法的汽车弯道超车路径规划算法,以及基于干扰观测器的汽车弯道超车路径跟踪控制策略.首先,综合考虑本车动力学约束和路径曲率约束,基于本车和前方低速行驶汽车的运动学方程将汽车弯道超车路径规划问题描述为约束最优化问题,并采用高斯伪谱法将其转化为非线性规划问题进行求解.随后,为了使汽车在复合干扰存在的情况下依然可以快速、准确和稳定地跟踪基于高斯伪谱法规划出的弯道超车路径,利用径向基神经网络对未知非线性函数的无限逼近能力设计干扰观测器来进行在线估计和前馈补偿复合干扰,并采用李雅普诺夫稳定理论推导出具有一致最终有界特征的汽车弯道超车路径跟踪控制策略.最后,在Matlab/Simulink环境下构建模型在环仿真系统,验证所提出的汽车弯道超车路径规划算法与跟踪控制策略的可行性和有效性,结果表明:所提出的汽车弯道超车路径规划算法与跟踪控制策略可以引导本车在两个转向相同、半径不同的圆曲线之间平滑切换,使本车安全、舒适地超越前方低速行驶的汽车.

智能驾驶-AI芯片的算力研究

在一汽对红旗汽车智能化工作推进的背景下,L3级有条件自动驾驶及L4、L5级全自动驾驶提上工作日程。自动驾驶功能的实现离不开具有强大计算能力的硬件平台,而硬件计算平台的核心则是负责完成海量传感器数据采集、处理、分析工作的AI性能芯片。本文对AI芯片的计算能力表示单位及算力计算公式进行解释说明,同时对自动驾驶硬件方案所采用的主流AI芯片的算力进行分析统计,最后对AI芯片的应用选型提出建议。

基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车对连续、快速和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,提出基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制策略.基于Burckhardt轮胎模型建立车轮滑移率跟踪控制模型,将模型简化过程中的不确定性考虑成复合干扰项,将轮胎侧向力对纵向力的影响考虑成未知参数.利用双曲正切函数和终端吸引因子设计改进的跟踪微分器,平滑车轮滑移率跟踪误差和估计车轮滑移率跟踪误差的一阶导数.以车轮滑移率跟踪控制模型和改进的跟踪微分器输出为基础,基于自适应快速终端滑模控制理论,设计对复合干扰项具有强鲁棒性的车轮滑移率跟踪控制律;基于投影算子理论设计自适应律来实时补偿未知参数,利用LaSalle不变性原理证明了闭环系统的渐近稳定性.利用车辆动力学软件仿真验证提出的控制律的可行性和有效性.结果表明,提出的车轮滑移率跟踪控制策略具有精度高和鲁棒性强的优点.

基于分层架构的自主代客泊车路径规划

为了解决最后一公里自动驾驶问题,提出一种基于分层架构的自主代客泊车路径规划算法.首先,利用栅格扫描算法快速准确地将自主代客泊车环境地图转化成为Voronoi图,量化自主代客泊车环境中任意栅格格网区域与其最近障碍物距离.随后,利用A*算法规划出全局自主代客泊车路径,并采用优先队列数据实现A*算法的开放列表来提升其计算效率.最后,基于自主代客泊车环境Voronoi图实现汽车碰撞检测,并采用改进动态窗口法沿着全局自主代客泊车路径规划出满足汽车非完整约束和机械约束的无碰撞路径,扩展传统动态窗口法的可行解空间和降低其保守性.在VC++6.0环境中验证所提出的自主代客泊车路径规划算法的可行性和有效性,结果表明,该算法可以安全、快速地引导汽车到达目标泊车位附近,为汽车后续执行泊车操作奠定基础.

面向动态障碍物场景的自主代客泊车路径规划

针对存在动态障碍物场景的自主代客泊车路径规划问题,提出一种基于D;算法和动态窗口法的自主代客泊车路径规划方法.首先,利用栅格扫描算法快速准确地构建自主代客泊车场景的静态环境地图,并采用Dijkstra算法实时更新动态障碍物影响的局部静态环境地图信息.随后,利用D;算法将自主代客泊车场景静态环境地图转化为静态路径场,得到原始全局自主代客泊车路径,同时借助静态路径场重新规划动态障碍物影响的全局自主代客泊车路径.最后,采用动态窗口法和圆弧-直线组合方式规划最优的局部自主代客泊车路径,并在规划过程中融合几何边界碰撞检测方法和栅格空间覆盖枚举方法,快速剔除不可行局部自主代客泊车路径.利用仿真验证了所提出方法的可行性和有效性,结果表明,在动态障碍物存在的自主代客泊车仿真场景中,该方法能够安全无碰撞地引导汽车进入目标垂直泊车位.

采用hp自适应伪谱法的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制

针对平行泊车和垂直泊车应用场景,提出一种基于hp自适应伪谱法的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制方法。首先,综合考虑汽车运动学约束、泊车过程中避障约束和边界条件约束,建立泊车轨迹规划问题数学描述,并通过hp自适应伪谱法将其转化成非线性规划问题进行求解;然后,将泊车轨迹跟踪控制问题解耦成了泊车路径跟踪控制问题和泊车速度跟踪控制问题,并基于有限时间稳定性理论设计了泊车路径跟踪快速终端滑模控制律,以及基于“比例+积分”平滑切换准则设计了泊车速度跟踪控制律。结合汽车动力学仿真软件对所提出的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制方法的可行性和有效性进行验证,结果表明:针对不同泊车起始点,所提出的方法均可以规划出满足约束条件的时间最短泊车轨迹,并能够精确地控制汽车沿着规划的轨迹自动完成泊车操作。

基于自适应神经模糊推理系统的平行泊车路径规划

针对常见的平行泊车场景,提出一种基于自适应神经模糊推理系统的平行泊车路径规划方法。以基于优化算法的泊车路径规划方法得出的泊车路径作为训练样本,利用Python脚本语言建立以自适应遗传算法和拟牛顿法为内核的自动化训练框架,使自动训练后的自适应神经模糊推理系统既可继承基于优化算法的泊车路径规划方法适用范围更广的优势,又有效解决该方法求解过程计算量大的问题。通过仿真分析验证所提出方法的可行性和有效性,结果表明:自动训练后的自适应神经模糊推理系统可依据汽车初始泊车位姿和泊车位信息快速规划出可行的平行泊车路径。

基于改进快速行进树的自主代客泊车路径规划

为了加速自主代客泊车系统落地,基于改进快速行进树算法提出了一种自主代客泊车路径规划方法.首先,采用类广度优先搜索策略建立环境地图的“路径场”,并提出一种高计算效率的避障检测策略,基于环境地图“路径场”提出一种符合汽车非完整约束的远端参考点和近端参考点选取原则与路径节点更新原则,通过使路径节点逐渐靠近目标节点来完成自主代客泊车引导路径规划任务.其次,基于Dubins曲线规划满足初始泊车方位角任意性要求和泊车位方位角的非唯一性要求的泊车路径,引导汽车安全驶入泊车位.最后,仿真验证所提方法的可行性.结果表明:相对于传统的快速行进算法,所提方法规划的自主代客泊车路径满足汽车非完整约束要求,可以安全引导汽车完成自主代客泊车任务.

基于快速终端滑模状态观测器的车轮滑移率跟踪控制

针对自动驾驶电动汽车对车轮滑移率跟踪控制的需求,提出一种基于快速终端滑模状态观测器的全状态反馈车轮滑移率跟踪控制器.首先,以车轮制动力矩导数为控制输入,建立车轮滑移率跟踪控制模型,避免车轮滑移率跟踪控制器设计过程中引入不连续项对系统稳定性和控制性能的影响.随后,利用有限时间稳定和快速终端滑模控制理论设计具有有限时间收敛特性的快速终端滑模状态观测器,实时观测未知的系统状态信息.以此为基础,采用模块化思想独立设计快速终端滑模跟踪控制律,实现车轮滑移率的连续、快速的跟踪控制.最后,结合车辆动力学仿真软件建立模型在环测试系统,仿真验证本文提出的车轮滑移率跟踪控制器的可行性和有效性.