车队的车道保持和换道的滑模控制研究

论文摘要

目前,在车队控制方面的研究还比较少.如果能够将现代控制技术用于车队中,很好的协调和控制车队完成一些复杂任务,对改善目前的交通压力有重要意义.而车队的车道保持和车辆换道是实现车队完成复杂任务的关键技术.因此,研究车队的车道保持和车辆换道等技术是必要的.本文所做的工作总结为以下几个方面：第一,总结国内、外智能交通系统的研究现状和现存的问题.针对具体的控制任务,如：车辆的纵横向控制、纵横向耦合控制、车道保持、车辆换道等,总结其所用的控制技术和方法,并指出该方法的优缺点.第二,针对车队中每一辆汽车,分析车辆在行驶过程中的受力情形,并根据牛顿第二定律,以横向运动,纵向运动,横摆运动三自由度建立车辆动力学模型.根据该车辆模型,分析了车辆在纵向和横向的耦合性.通过考虑车辆的纵横向耦合,提高了车队的控制精度.第三,针对车辆的纵横向耦合模型,分别设计纵向和横向控制方法,且这两个控制模式具有耦合性.然后介绍了滑模控制方法的原理以及它的优点,并根据滑模控制理论设计车道保持控制器,通过仿真实验实现了车队以给定的车间距在预期的道路中行驶.之后,用多项式函数表示换道轨迹,对车队的换道轨迹进行规划,利用滑模控制原理设计换道控制器,实现车队能够安全、准确地从当前车道行驶到指定车道,最后通过仿真验证可行性.由于车辆的横向速度是不可测的,将预瞄点到道路中心线的横向误差和横向速度作为状态变量,设计横向速度观测器,最终获得横向速度的估计.最后对本文的研究内容做了总结,并对后续工作进行了展望.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 智能公路系统研究现状
• 1.2.2 车队的综合控制研究现状
• 1.3 本文研究工作及内容组织
• 第二章 车辆的纵横向耦合模型
• 2.1 引言
• 2.2 车辆的动力学耦合模型
• 2.3 车辆动力学耦合分析
• 2.4 本章总结
• 第三章 设计滑模控制器
• 3.1 纵向控制策略
• 3.2 横向控制策略
• 3.3 控制器的设计
• 3.3.1 车道保持控制器设计
• 3.3.2 车队换道控制器设计
• 3.4 设计横向速度观测器
• 3.5 本章小结
• 第四章 工作总结与研究展望
• 4.1 工作总结
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历