顾青
- 作品数：17 被引量：134H指数：8
- 供职机构：北京科技大学机械工程学院更多>>
- 发文基金：国家高技术研究发展计划中央高校基本科研业务费专项资金国家科技支撑计划更多>>
- 相关领域：交通运输工程机械工程矿业工程自动化与计算机技术更多>>
- 无人驾驶车辆路径跟踪控制研究现状被引量：20
- 2021年
- 近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛,研究者们发表了大量的研究成果.考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控制存在一些共性的技术问题与解决思路,从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回顾.在关于低速路径跟踪控制的研究工作中,研究者们较为重视前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪精确性的影响.目前减少系统约束影响的方法包括在规划参考路径时将系统约束纳入考虑,采用预瞄控制使控制器提前响应,以及采用线性模型预测控制(LMPC)或非线性模型预测控制(NMPC)等模型预测控制方法作为路径跟踪控制方法等.考虑到NMPC既能减少系统约束的影响,又无需人为设置预瞄距离,且对定位误差等扰动因素具有较强的鲁棒性,加之低速路径跟踪控制对实时性的需求较低,因此可以认为NMPC能够满足低速路径跟踪控制的绝大多数需求.高速路径跟踪控制在受系统约束影响之外,还面临着较高车速带来的行驶稳定性不足问题的挑战,因此常采用能够将动力学层面的复杂系统约束纳入考虑且计算成本较低的LMPC作为路径跟踪控制方法.不过仅采用动力学层面的LMPC控制方法无法完全解决高速路径跟踪控制中路径跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在耦合的问题,目前常见的解决思路是在路径跟踪控制中加入额外的速度调节或权重分配模块.此外,在高速路径跟踪控制中,地面附着系数等环境参数的影响也较大,因此地面附着系数等环境参数的估算也成为了高速路径跟踪控制领域的重要研究方向.
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- 关键词：无人驾驶车辆
- 基于可变预测时域及速度的车辆路径跟踪控制被引量：13
- 2020年
- 非线性模型预测控制(NMPC)在车辆路径跟踪控制中的应用日益广泛,但目前的研究成果中尚未深入考虑预测时域和速度对车辆路径跟踪控制性能的影响。为此,分析了预测时域、速度与车辆路径跟踪控制性能之间的关系;采用三次多项式拟合获得了能够保证车辆路径跟踪横向误差小于0.1 m的最佳预测时域和参考速度的控制律;改进了用于车辆路径跟踪控制的NMPC控制器,且改进后的NMPC控制器的性能通过仿真进行了验证。仿真结果表明:改进后的NMPC控制器的横向误差在0.0928 m以内,航向误差在0.0724 rad以内。相比传统NMPC控制器,改进后的NMPC控制器将最大横向误差减小了4.2671 m以上,将最大航向误差减小了0.3927 rad以上,路径跟踪控制性能得到了较大幅度的提高。
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- 关键词：非线性模型预测控制
- 基于预见位姿信息的铰接式车辆LQR-GA路径跟踪控制被引量：26
- 2018年
- 针对铰接式车辆的特殊转向结构和行驶特性,为提高其路径跟踪控制精度和反应速度,提出了一种基于预见信息的线性二次型最优控制(Linear quadratic regulator,LQR)策略,并应用遗传算法(Genetic algorithm,GA)对状态量权重矩阵进行优化求解,获得最优LQR状态反馈控制器,实现铰接式车辆精确路径跟踪控制,由位置偏差、行驶方位偏差和曲率偏差来反映控制效果。ADAMS-Matlab/Simulink联合仿真结果:位置偏差为0.03 m,偏差误差为1.3%,行驶方位偏差误差为0.19%,曲率偏差收敛于0.003 m-1。联合仿真和试验验证结果表明,所提出的控制方法可有效提高控制精度,实现铰接式车辆的精确、稳定路径跟踪。
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- 关键词：铰接式车辆线性二次型最优控制遗传算法
- 混合示教长短时记忆网络的车辆轨迹预测研究
- 2023年
- 为实现智能网联车对周围车辆运行轨迹准确地长时预测,本文提出一种混合示教解码的长短时记忆网络的车辆轨迹预测方法。首先,通过特征筛选和历史轨迹序列标注建立轨迹预测数据集;其次,构建长短时记忆网络的编码器-解码器模型,编码器将自车和周围车辆历史轨迹及道路环境信息编码为上下文向量,解码器采用混合示教的模式将上下文向量解码动态解码为未来轨迹;最后,采用真实道路数据集NGSIM US101和I-80路段验证模型的可行性。多组对比分析实验结果表明:本文所提方法在长时域预测的终点位移误差指标上的有效性和优越性,5 s的终点位移误差在2.7 m以内;并且模型在稀疏采样后的数据集上达到更高的预测准确率,5 s的位移误差在1.3 m以内。
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- 关键词：智能交通
- 一体式车辆避撞轨迹规划与跟踪控制被引量：4
- 2022年
- 为提升复杂交通环境中智能车辆的避撞能力,将路径规划、速度规划及跟踪控制整合为一个优化问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的一体式车辆避撞轨迹规划和跟踪控制方法。首先,分析实际交通环境中的避撞场景,将智能车辆的避撞控制问题转化为多约束优化问题;其次,搭建7DOF(七自由度)车辆动力学模型和复合滑移工况的UniTire轮胎模型设计MPC控制器;再次,针对变速控制问题中传统基于时域预测模型的MPC控制方法无法在预测时域中实现车辆空间和位姿约束的问题,设计了基于空间域预测模型的MPC控制器;最后,基于Matlab和CarSim联合仿真平台设计了不同避撞场景验证所提方法,并与现有基于恒速假设的一体式避撞控制方法进行对比。仿真结果表明:所提方法能够充分发挥车辆的机动性能,解决现有一体式控制方法在复杂环境中避撞失败的问题,并保证避撞过程稳定和轨迹平滑。
- 王国栋刘立刘立孟宇马智萍顾青顾青
- 关键词：智能交通模型预测控制智能车辆
- 基于非线性模型预测控制的自动泊车路径跟踪被引量：11
- 2019年
- 与行驶速度较高的其他无人驾驶工况相比,自动泊车时参考路径的曲率较大,因此车辆转向轮转角速度的限制等系统约束条件会严重影响自动泊车路径跟踪控制器的性能.为了解决这一问题,提出了基于非线性模型预测控制的自动泊车路径跟踪控制器,并在MATLAB/Simulink和Pre Scan联合仿真环境中将该控制器与基于线性时变模型预测控制的控制器进行了对比.仿真结果表明非线性模型预测控制器可以实现多约束条件下的自动泊车,泊车完成后车辆航向与车位中线的夹角为0. 0189 rad,车辆后桥中点与车位中线的距离为0. 1045 m,仅为车身宽度的5. 56%.相比线性时变模型预测控制器,非线性模型预测控制器具有泊车精度更高、安全裕度更大、泊车耗时更少等优势.在实时性方面,该控制器也能够满足自动泊车的需求.
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- 关键词：车辆自动泊车运动控制非线性模型预测控制
- 基于NMPC的地下无人铲运机反应式导航系统被引量：7
- 2020年
- 针对地下无人铲运机反应式导航存在的转向与回正滞后、对宽度变化的弯道适应性较差等问题,提出了基于非线性模型预测控制(NMPC)的反应式导航系统,其中设计了基于NMPC算法的反应式导航运动控制器,并针对NMPC控制器所需要的局部参考路径,提出了一种分段式局部路径决策策略与之相匹配。NMPC控制器的设计包括采用欧拉法推导地下铰接式铲运机的非线性预测模型,然后设立基于铲运机约束条件的优化目标函数进行最优控制序列求解。分段式局部路径决策策略则是将地下巷道拟合分为多种典型作业环境并分别在不同环境下提出相应的决策策略,在铲运机行驶中根据预测时域内的巷道环境信息实时调整局部参考路径,然后将局部参考路径信息提供给NMPC控制器并进行跟踪。通过仿真实验设置不同仿真环境对本文提出的反应式导航系统进行验证并与基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的反应式导航系统进行对比,仿真效果表明,本文提出的地下无人铲运机反应式导航系统能够在较窄的巷道内实现自主导航,并且能够适应宽度变化的巷道,在多种仿真巷道环境中铲运机与巷道壁的距离最小值为0.73 m,且航向误差能够在5 s内由0.89 rad收敛至稳定状态,稳态误差趋向于0.001 rad,铰接角输出较为平顺,提高了地下巷道弯道处参考路径的安全通过性和铲运机对宽度变化的巷道的适应性。
- 罗维东马宝全孟宇刘立顾青白国星甘鑫
- 关键词：铲运机非线性模型预测控制
- 基于改进A*算法的地下无人铲运机导航路径规划被引量：26
- 2015年
- 提出一种基于改进A*算法的铰接式地下铲运机导航路径规划方法。针对地下铲运机的铰接结构,采用按铰接角扩展节点的方法,使扩展节点符合铲运机的轨迹特性;针对巷道狭窄,易于发生碰撞的问题,在估价函数中引入了碰撞威胁代价,避免铲运机与巷道壁发生碰撞。通过仿真试验分析比较了传统A*算法和所提出的改进A*算法的搜索性能,验证了改进A*算法可提高搜索效率。通过多组试验参数比较表明,当碰撞代价加权系数为0.2时,可以得到在避免碰撞情况下的最短路径。最后在实验室环境下实现了无人铲运机的路径规划及轨迹跟踪。跟踪结果表明,采用所提出的算法规划的导航路径,符合铲运机的结构特性,使跟踪误差保持在0.2 m之内,同时也可使铲运机不与巷道发生碰撞,实现安全行驶,验证了所提方法的可行性和实用性。
- 马飞杨皞屾顾青孟宇
- 关键词：路径规划
- 一种地下无轨铰接车辆相对式导航控制策略
- 对地下无轨铰接式车辆自主导航控制策略开展了深入研究.针对铰接式车辆运动学特征以及铰接式车辆与地下巷道之间的相对关系定义了包括转向角、航向偏差角以及车体前桥中心位置偏差等车体姿态参数.基于车辆运动学模型建立了车辆转向的安全...
- 豆风铅顾青刘立
- 关键词：导航控制速度控制
- 文献传递
- 矿用铰接式车辆路径跟踪控制研究现状与进展被引量：8
- 2021年
- 铰接式车辆的路径跟踪控制是矿山自动化领域中的关键技术,而数学模型和路径跟踪控制方法是铰接式车辆路径跟踪控制中的两项重要研究内容.在数学模型研究中,铰接式车辆的无侧滑经典运动学模型较为适合作为低速路径跟踪控制的参考模型,而有侧滑运动学模型作为参考模型时则可能导致侧滑加剧.此外基于牛顿–欧拉法建立的铰接式车辆四自由度动力学模型原则上满足路径跟踪控制的需求,但是还需要解决当前的四自由度模型无法同时反映瞬态转向特性和稳态转向特性的问题.在路径跟踪控制方法研究中,反馈线性化控制、最优控制、滑模控制等无前馈信息的控制方法无法有效解决铰接式车辆跟踪存在较大幅度曲率突变的参考路径时误差较大的问题,前馈–反馈控制可以用于解决上述问题,但是在参考路径具有不同幅度的曲率突变时需要解决自动调整预瞄距离的问题,而模型预测控制,尤其是非线性模型预测控制,可以更加有效地利用前馈信息,且不需要考虑预瞄距离的设置,从而可以有效提高铰接式车辆跟踪存在较大幅度曲率突变的参考路径时的精确性.此外,对于基于非线性模型预测控制的铰接式车辆路径跟踪控制,还需深化三个方面的研究.首先,该控制方法仍然存在误差最大值随参考速度增大而增加的趋势.其次,目前该控制方法以运动学模型作为预测模型,无法解决铰接式车辆以较高的参考速度运行时侧向速度导致的精确性下降和安全性恶化的问题.最后,还需对这种控制方法进行实时性方面的优化研究.
- 白国星罗维东刘立孟宇顾青李凯伦
- 关键词：矿用车辆铰接式无人驾驶
