无人驾驶汽车路面自适应MPC轨迹跟踪控制.pdf

２０２３年５月 第４４卷　第３期 Ｍａｙ２０２３ Ｖｏｌ．４４　Ｎｏ．３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０２３．０３．００４　 开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）： 无人驾驶汽车路面自适应 ＭＰＣ轨迹跟踪控制 １ ２ 郭　盼 ，于蕾艳 （１．清华大学 机械工程系，北京 １０００８４；２．中国石油大学（华东）机电工程学院，山东 青岛２６６５８０） 摘要：针对无人驾驶汽车轨迹跟踪工况范围狭窄、评价方法片面和路面自适应控制不足等问题，研 究全车速和全道路附着系数工况轨迹跟踪精度和行驶安全性．提出路面自适应的多约束模型预测 控制，由车辆３自由度非线性动力学模型得到离散化线性时变预测模型，根据传感器检测的道路附 着系数实现路面自适应的车速范围匹配，制定车速增量约束条件．融合ＣａｒＳｉｍ和Ｍａｔｌａｂ软件进行 研究，得到路径跟踪误差、侧向加速度、质心侧偏角、前轮侧偏角最大值和标准差随车速和道路附 着系数变化的规律；结合轮胎侧偏机理评价行驶安全性，划分全工况轨迹跟踪稳定区和失稳区．结 果表明：根据道路附着系数自适应调节车速大小，汽车在全工况下，轨迹跟踪精度较高，行驶安全 性较好． 关键词：无人驾驶汽车；轨迹跟踪；模型预测控制；全工况；工况匹配；路面自适应 中图分类号：Ｕ４６１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１６７１－７７７５（２０２３）０３－０２７０－０６ 　 　 引文格式：郭　盼，于蕾艳．无人驾驶汽车路面自适应ＭＰＣ轨迹跟踪控制［Ｊ］．江苏大学学报（自然科学版），２０２３，４４（３）：２７０－ ２７５，３２３． Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｒｉｖｅｒｌｅｓｓｖｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎ ｒｏａｄａｄａｐｔｉｖｅｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ １ ２ ＧＵＯＰａｎ，ＹＵＬｅｉｙａｎ （１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ），Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｎａｒｒｏｗｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｒａｎｇｅ，ｐａｒｔｉａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｒｏａｄａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｓａｆｅｔｙ ｕｎｄｅｒｆｕｌｌｓｐｅｅｄａｎｄｆｕｌｌｒｏａｄａｄｈｅｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｒｏａｄａｄａｐｔｉｖｅｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＰＣ），ｔｈｅｄｉｓｃｒｅｔｅｌｉｎｅａｒｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅｒｏａｄａｄａｐｔｉｖｅｓｐｅｅｄｒａｎｇｅｍａｔｃｈｉｎｇｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｏａｄａｄｈｅｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｓｅｎｓｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅｍｅｎｔｗａｓｆｏｒｍｕｌａｔ