无人车换道轨迹与跟踪控制研究

摘要

无人车换道是自动驾驶领域的关键技术，针对无人车换道轨迹规划与跟踪控制问题，选择纯电动汽车作为研究对象，设计了一种考虑横纵向协同控制的轨迹跟踪控制器。首先，通过解耦将车辆换道简化为横向运动和纵向运动。根据路径跟踪误差动力学模型设计了线性二次型调节器路径跟踪控制器，并引入前馈控制设计了前馈-反馈LQR横向控制器，以此降低系统稳态误差。随后，考虑位置-速度误差设计了双PID纵向控制器，对车辆速度进行跟踪。选用五次多项式曲线规划换道轨迹。最后，通过Matlab和CarSim搭建联合仿真平台，对所设计的换道轨迹跟踪横纵向协同控制器进行测试研究。结果表明：在双车道换道工况下，该控制器能够较高精度地跟踪换道轨迹，车辆的距离偏差和航向角偏差最大分别为0.01 m和0.007 rad,可见具有良好的精确性和稳定性。

关键词

无人车 / 轨迹规划 / 轨迹跟踪 / 线性二次型调节器 / 横纵向控制