基于多約束模型預測控制的車輛避讓路徑規劃與跟蹤

隨著交通密度的不斷增加，車輛安全已成為現代智能交通系統的關鍵因素。近年來，自動駕駛車輛在防碰撞領域的潛力不斷被發掘，使得自動駕駛車輛引起了汽車行業的高度關注。車輛防碰撞系統的路徑規劃與跟蹤作為防碰撞領域的一個重要研究內容也受到越來越多研究人員的關注。車輛避碰系統的路徑規劃是通過考慮障礙物的幾何特征以及自動駕駛車輛的運動學約束來產生無碰撞的運動軌跡。其關鍵在于無碰撞軌跡的規劃和跟蹤。

利用道路和障礙物信息所建立的三維危險場來構建自動駕駛車輛防碰撞系統的路徑規劃及跟蹤的基本框架。為了跟蹤避碰機動的規劃軌跡，路徑跟蹤控制器將跟蹤任務轉變為多預測模型預測控制（MMPC）問題，通過約束橫向位置、偏航角、側滑角以及方向盤轉角來維持車輛的穩定，并通過計算前輪轉角來防止車輛與移動障礙車輛發生碰撞。

通過二次規劃程序來實現對上述問題的求解，利用CarSim和Simulink聯合仿真來實現和驗證該多約束模型預測控制的車輛避讓路徑規劃與跟蹤系統。仿真結果表明，在靜態和動態環境下，該系統在防碰撞的跟蹤性能令人滿意。同時所提出的控制器不僅能夠使車輛在低摩擦系數的道路上行駛而且還能在存在障礙物的情況下保持穩定狀態。