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。

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。

EMB夹紧力控制与传感器故障诊断研究进展

电子机械制动系统(electro-mechanical brake system,EMB)采用电控纯机械制动技术,可实现多种主动安全控制功能,具有结构精简、响应迅速,能够对车轮制动力矩进行独立精确控制等优势。为全面梳理EMB系统的发展现状,明确其未来技术走向,本文首先介绍了EMB的组成架构,分析了EMB典型结构型式的优缺点并确定了相关内容的主要研究方向。然后从夹紧力控制和传感器故障诊断两个层面分别对国内外的研究进展展开综述;分析了夹紧力控制算法的发展历程及未来研究重点,对比了3种典型夹紧力控制算法的试验效果;接着介绍了传感器故障诊断的具体类型及作用,通过定量化的指标分析不同故障诊断算法的实际控制效果。最后对EMB系统所面临的问题及未来发展趋势进行了分析和展望,指明了进一步的研究可以集中在夹紧力控制和传感器故障诊断等算法准确性和鲁棒性的提高、EMB与线控底盘集成控制技术的协调控制以及EMB对整车稳定性和舒适性的影响等方面。

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.

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.

汽车高速换道避让路径规划及离散滑模跟踪控制

针对汽车高速换道避让路径规划和跟踪控制问题,提出了一种基于五次多项式曲线的汽车高速换道避让路径规划方法和基于离散滑模的汽车高速换道避让路径跟踪控制策略。首先,基于五次多项式曲线规划汽车高速换道避让路径,并通过查表方式间接建立汽车高速换道避让路径曲率最大值、汽车高速换道避让路径曲率变化率最大值与五次多项式曲线待定系数的映射关系,以使汽车高速换道避让路径满足乘坐舒适性和安全性需求。为了快速、稳定地跟踪基于五次多项式曲线规划的汽车高速换道避让路径,融合汽车运动学模型和线性二自由度汽车动力学模型建立了包含加性不确定性的线性离散控制模型,并基于干扰观测器的离散滑模控制理论设计了汽车高速换道避让路径跟踪控制策略。最后,利用车辆动力学软件建立了模型在环仿真系统,对本文汽车高速换道避让路径规划方法和汽车高速换道避让路径跟踪控制策略的可行性和有效性进行了仿真验证。

基于回旋曲线的平行泊车路径规划和跟踪控制

综合考虑汽车运动学约束、泊车过程中碰撞约束和计算实时性等要求,提出了一种基于回旋曲线的平行泊车路径规划和跟踪控制方法。首先,基于圆弧-直线组合方式推导出平行泊车可行泊车起始区域边界,并通过对固定回旋曲线的旋转和翻转变换完成曲率连续的平行泊车路径的设计,避免原地转向现象。随后,基于非奇异快速终端滑模理论和双幂次趋近律推导出非时间参考的路径跟踪滑模控制律,提高了泊车路径跟踪控制的动态响应特性和鲁棒性。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的平行泊车路径规划和控制方法的有效性进行了仿真验证。