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自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制 被引量：35
1
作者 邓海鹏 麻斌 +2 位作者 赵海光 吕良 刘宇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期585-594,共10页
为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车... 为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明:所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。 展开更多
关键词 自主驾驶车辆 紧急避障 车辆点质量模型 模型预测控制 路径规划与轨迹跟踪
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双向两车道公路自主超车轨迹规划及跟踪控制 被引量：6
2
作者 余姝源 杨林 +3 位作者 杨蓉 姚起宏 黄俊明 王成官 《重庆理工大学学报（自然科学）》 北大核心 2023年第7期90-100,共11页
研究了自主地面车辆在双向两车道公路场景下的超车轨迹规划和跟踪控制。建立了权衡换道稳定性和效率的目标函数,得到最优五次多项式换道轨迹。将超车过程分为换道、超越和并道3个阶段,根据超车车辆与其他车辆的临界碰撞条件建立安全距... 研究了自主地面车辆在双向两车道公路场景下的超车轨迹规划和跟踪控制。建立了权衡换道稳定性和效率的目标函数,得到最优五次多项式换道轨迹。将超车过程分为换道、超越和并道3个阶段,根据超车车辆与其他车辆的临界碰撞条件建立安全距离模型,进而判断超车的可行性,得到超越阶段时长以及规划完整的超车轨迹。分别设计模型预测控制器和离散滑模控制器跟踪横向路径和纵向速度,并利用模糊控制对模型预测控制器输出的前轮转角进行补偿。在Matlab和CarSim联合仿真环境下进行超车验证,结果表明:所提出的超车轨迹规划及跟踪方法能够使车辆实现自主超车机动,并保持良好的跟踪精度和稳定性。 展开更多
关键词 双向两车道公路 超车轨迹规划及跟踪 模糊控制 模型预测控制 离散滑模控制
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基于回旋曲线的垂直泊车轨迹规划与跟踪控制 被引量：20
3
作者 张家旭 赵健 +1 位作者 施正堂 杨雄 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期182-191,共10页
为了提高复杂狭窄环境下的垂直泊车便捷性和安全性,提出一种基于回旋曲线的垂直泊车轨迹规划与跟踪控制方法.首先,将垂直泊车轨迹规划问题解耦成路径规划问题和速度规划问题,并基于回旋曲线规划曲率连续的垂直泊车路径,以及基于五次多... 为了提高复杂狭窄环境下的垂直泊车便捷性和安全性,提出一种基于回旋曲线的垂直泊车轨迹规划与跟踪控制方法.首先,将垂直泊车轨迹规划问题解耦成路径规划问题和速度规划问题,并基于回旋曲线规划曲率连续的垂直泊车路径,以及基于五次多项式曲线规划垂直泊车速度.随后,将垂直泊车轨迹跟踪控制问题解耦成垂直泊车路径跟踪控制问题和垂直泊车速度跟踪控制问题,并基于■2增益控制理论和预估模型设计非时间参考泊车路径跟踪■2增益控制律,以及基于PID控制设计垂直泊车速度跟踪控制律.最后,结合硬件在环试验平台对所提出方法的可行性和有效性进行验证.结果表明:所提出的垂直泊车轨迹规划方法得到的泊车路径曲率是连续的,且所提出的垂直泊车轨迹跟踪控制方法在泊车位宽度与车辆宽度之差大于0.655 m时可以安全、精确地引导车辆停放在泊车位. 展开更多
关键词 垂直泊车 轨迹规划与跟踪控制 回旋曲线 ■2增益控制 预估模型
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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 被引量：18
4
作者 张家旭 赵健 +1 位作者 施正堂 杨雄 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期176-184,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 全自动泊车系统 轨迹规划与跟踪控制 hp自适应伪谱法 有限时间稳定
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智能采煤机器人关键技术 被引量：10
5
作者 马宏伟 赵英杰 +13 位作者 薛旭升 吴海雁 毛清华 杨会武 张旭辉 车万里 曹现刚 赵友军 王川伟 赵亦辉 王鹏 孙思雅 马柯翔 李烺 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1174-1182,共9页
采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的... 采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。 展开更多
关键词 智能采煤机器人 智能感知 速度控制 截割轨迹规划与跟踪控制 协同控制
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基于深度强化学习的自主换道控制模型
6
作者 孙腾超 陈焕明 《农业装备与车辆工程》 2024年第4期30-34,共5页
为解决自动驾驶汽车快速安全换道问题,提出并改进了一种基于深度强化学习的自主换道控制模型。首先建立车辆动力学运动模型,其次使用深度确定性策略梯度(DDPG)算法更新模型,最后通过MATLAB/CarSim对学习到的控制策略进行联合仿真验证。... 为解决自动驾驶汽车快速安全换道问题,提出并改进了一种基于深度强化学习的自主换道控制模型。首先建立车辆动力学运动模型,其次使用深度确定性策略梯度(DDPG)算法更新模型,最后通过MATLAB/CarSim对学习到的控制策略进行联合仿真验证。为了使模型更真实可靠,提出将CarSim融入智能体的训练,同时为解决传统模型在换道后期控制效果不理想问题,提出一种基于采样时间的方向盘转角输出模型。结果表明:在60、80 km/h车速下,提出的模型从换道开始到稳定行驶的过程相比于改进前更平顺、快速,验证了模型能够实现一般车速下的自主换道控制,为车辆的自主换道研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 自动驾驶汽车 自主换道模型 深度强化学习 轨迹规划跟踪 深度确定性策略梯度算法
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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 被引量：6
7
作者 张家旭 施正堂 +1 位作者 赵健 朱冰 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1040-1049,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 高速紧急换道避障 轨迹规划与跟踪控制 Radau伪谱法 离散滑模变结构控制
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