论文总字数：21967字

摘 要

在现代化建设下的今天，汽车越来越普及。我国每年死于交通事故的人数到达数十万，惊人的数字背后隐藏着许多驾驶问题，这些问题大多数都是由驾驶员的原因引发的。同时，现在随着交通的不断发展，合理的路径规划越来越应该值得重视，无人驾驶汽车的研究就是在考虑驾驶员特性的基础上，用来解决由于不合理的路径规划所造成的城市交通拥堵问题，但是目前无人驾驶汽车的研究还处在基础阶段，研究的不够深入，在许多研究中只注重了对位置误差的测量和控制，现在的研究几乎没有考虑过质心侧偏角对系统性能的影响。本文研究了无人驾驶汽车对路径的感知，根据前人的研究设计了一种轮胎模型，分析了车辆和轮胎的受力情况，模拟了实际的路况建立了坐标系，在此基础上建立了基于预瞄的车辆模型。 本文采用了滑模控制建立了控制器，对前后车的距离、横向预瞄误差、质心侧偏角设计了滑模面，设计了耦合控制器，并搭建了仿真模型，检验了控制器的性能。

关键词：路径跟踪 预瞄误差 滑模控制 驾驶员特性

Abstract

Today, under modernization, automobiles are becoming more and more popular. The number of people who die from traffic accidents in our country reaches hundreds of thousands every year. Many driving problems are hidden behind the alarming numbers. Most of these problems are caused by drivers. At the same time, with the continuous development of transportation, reasonable path planning should be more and more worthy of attention. The study of driverless cars is to solve the city caused by unreasonable path planning based on the characteristics of the driver. The problem of traffic congestion, but the current research on driverless cars is still at the basic stage, and the research is not deep enough. In many studies, only the measurement and control of position errors have been paid attention to. The impact of system performance. This paper studies the path perception of driverless cars, designs a tire model based on previous studies, analyzes the force conditions of vehicles and tires, simulates actual road conditions, establishes a coordinate system, and builds on this basis Vehicle model based on preview. In this paper, the sliding mode control is used to establish the controller. The sliding mode surface is designed for the distance between the front and rear vehicles, the lateral preview error, and the side angle of the center of mass.

Key word：Path tracking; Preview error; Sliding mode control; Driver characteristic

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 课程研究的现状和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 4

1.3 本文主要研究内容 4

第二章 预备知识 5

2.1 滑模控制原理 5

2.2 滑模面的设计 5

2.3 趋近律的设计 6

2.4 抖振 7

第三章 车辆及轮胎动力学模型与横向预瞄模型 9

3.1 车辆及轮胎动力学模型 9

3.1.1 轮胎动力学模型 9

3.1.2 二自由度车辆模型 13

3.2横向预瞄模型 16

3.2.1 预瞄介绍 16

3.2.2 横向预瞄误差模型的建立 18

3.3 本章小结 19

第四章 轨迹跟踪控制器的设计与仿真 20

4.1 路径跟踪横向耦合控制器的设计 20

4.1.1 耦合控制器的设计 20

4.1.2 系统稳定性的分析 24

4.2 控制系统的仿真 26

4.3 本章小结 30

第五章 总结 31

5.1 总结 31

5.2 系统评价 31

5.3 展望 31

参考文献 32

致谢 35

第一章 绪论

1.1课程研究的现状和意义

汽车发明以来，人类社会的进步就被汽车工业不断的促进着^[1]。近些年来，汽车的生产量不断增加。人们日常生活的出行越来越快捷方便，因此交通拥堵和事故也越来越多，这极大的阻碍了人类文明的发展和进步。计算机技术的产生与发展使得自动控制的理念开始应用于汽车上^[1]。中国每年死于交通事故的人数超过二十万，这不仅仅是人员的伤亡，社会的经济发展也因此受到了极大的打击。在这些大量交通事故的背后，其主要原因是驾驶员的疲劳驾驶和驾驶中判断的不当或行为的不规范，像北京、上海、广州等大城市已经出现了十分严重的交通拥堵情况，许多大城市也已经开始采取一些措施来缓解这类现象，比如通过限号限牌等措施来限制汽车的占有量。除此之外，汽车的大量使用也会产生大量的空气污染，影响环境的健康发展。因此，智能交通系统应运而生，智能交通系统可以解决交通基础设施落后而带来的问题，同时对解决不科学的路径规划和驾驶员长期驾驶而导致的疲劳和驾驶员技术问题有很好的的效果，交通拥堵问题的日趋严重也引起了政府的极大重视，这也推动了智能交通系统的研究^[2]。

图1-1 智能交通系统

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