采用人工势场法与倾摆技术的车辆避障跟踪控制

摘要

为提高双车道无人驾驶车辆高速避障跟踪的性能，提出一种基于人工势场法与倾摆技术的车辆避障路径规划与跟踪控制方法。采用分层控制设计了控制器，上层利用改进的人工势场法进行避障路径规划，下层采用倾摆控制技术设计了路径跟踪非线性模型预测控制，以提高路径跟踪的精度和车辆动力学性能。首先，设计了改进的引力势场函数，为解决局部极值点问题，考虑障碍物与目标点距离，并利用椭圆化距离代替传统斥力场中的实际距离，构建了斥力势场函数，同时，考虑了道路边界斥力场模型以及车辆运动学模型。另外，建立了考虑侧倾的车辆动力学模型，通过倾摆控制技术使车体主动向转弯方向倾斜以提高车辆操纵稳定性，从而提高路径跟踪的精度和车辆动力学性能。最后，对被控车辆在静态、动态环境情况下的避障路径规划和跟踪控制进行了仿真。结果表明：所设计的路径规划器能够根据障碍物信息和道路环境，规划出符合车辆行驶的局部避障路径，所设计的路径跟踪器相较于纯路径跟踪器，提高了路径跟踪的精度和车辆动力学性能。

关键词

人工势场法 / 非线性模型预测控制 / 倾摆技术 / 操纵稳定性

基金资助

国家自然科学基金面上项目(51975299)