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基于道路边界约束的车辆横纵向控制

马思群 王兆强 赵佳伟 韩博

马思群, 王兆强, 赵佳伟, 韩博. 基于道路边界约束的车辆横纵向控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 398-404. doi: 10.12299/jsues.22-0128
引用本文: 马思群, 王兆强, 赵佳伟, 韩博. 基于道路边界约束的车辆横纵向控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 398-404. doi: 10.12299/jsues.22-0128
MA Siqun, WANG Zhaoqiang, ZHAO Jiawei, HAN Bo. Vehicle lateral and longitudinal control based on road boundary constraints[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 398-404. doi: 10.12299/jsues.22-0128
Citation: MA Siqun, WANG Zhaoqiang, ZHAO Jiawei, HAN Bo. Vehicle lateral and longitudinal control based on road boundary constraints[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 398-404. doi: 10.12299/jsues.22-0128

基于道路边界约束的车辆横纵向控制

doi: 10.12299/jsues.22-0128
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(51505272)
详细信息
    作者简介:

    马思群(1997−),男,在读硕士,研究方向为车辆路径跟踪控制. E-mail:809180464@qq.com

    通讯作者:

    王兆强(1981−),男,副教授,博士,研究方向为流体传动及控制. E-mail:wangzhaoqiang_2008@126.com

  • 中图分类号: U270

Vehicle lateral and longitudinal control based on road boundary constraints

  • 摘要:

    为提高自动驾驶车辆对不同道路的适应性和跟踪稳定性,提出一种基于道路边界约束和双比例−积分−微分(PID)的横纵向轨迹跟踪方法. 基于道路边界约束,求出使车辆安全行驶的转向曲率,结合二自由度动力学模型计算安全行驶转向角. 该方法计算简单,且最远预瞄点由道路的宽度及曲率信息自主确定. 通过仿真试验,制作车辆加速度、速度、油门和刹车的标定关系表,并基于标定表设计双PID速度跟踪控制器. 最后通过Carsim−Simulink联合仿真,证明横纵向控制器可以安全地行驶在道路范围内,并有良好的跟踪精度和稳定性.

  • 图  1  二自由度动力学模型

    Figure  1.  Two degrees of freedom dynamic model

    图  2  车辆的道路约束

    Figure  2.  Road constraints for vehicles

    图  3  道路边界限制转换为曲率约束的方法示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the method for converting road boundary constraints to curvature constraints

    图  4  由近到远选取预瞄点示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of selecting preview points from near to far

    图  5  期望转向曲率计算过程

    Figure  5.  Desired steering curvature calculation process

    图  6  标定表

    Figure  6.  Calibration table

    图  7  速度跟踪控制器

    Figure  7.  Speed tracking controller

    图  8  速度跟踪结果

    Figure  8.  Velocity tracking results

    图  9  跟踪圆形道路仿真结果

    Figure  9.  Tracking circular road simulation results

    图  10  跟踪正弦道路仿真结果

    Figure  10.  Tracking sinusoidal road simulation results

    图  11  跟踪双移线仿真结果

    Figure  11.  Tracking double lane change road simulation results

    图  12  仿真时间比较

    Figure  12.  Simulation time comparison

    表  1  仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters

    定义符号
    整车质量/kg$ m $1412
    质心到前轴距离/m$ a $1.015
    质心到后轴距离/m$ b $1.895
    前轮侧偏刚度/$({\text{N} }·{\text{ra} }{ {\text{d} }^{ { { - 1} } } })$${C_{\alpha {\rm{f}}} }$−148970
    后轮侧偏刚度/$({\text{N} }·{\text{ra} }{ {\text{d} }^{ { { - 1} } } })$${C_{\alpha {\rm{r}}} }$−82204
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  • 收稿日期:  2022-05-06
  • 刊出日期:  2022-12-30

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