基于多约束模型预测控制的车辆避让路径规划与跟踪

随着交通密度的不断增加，车辆安全已成为现代智能交通系统的关键因素。近年来，自动驾驶车辆在防碰撞领域的潜力不断被发掘，使得自动驾驶车辆引起了汽车行业的高度关注。车辆防碰撞系统的路径规划与跟踪作为防碰撞领域的一个重要研究内容也受到越来越多研究人员的关注。车辆避碰系统的路径规划是通过考虑障碍物的几何特征以及自动驾驶车辆的运动学约束来产生无碰撞的运动轨迹。其关键在于无碰撞轨迹的规划和跟踪。

利用道路和障碍物信息所建立的三维危险场来构建自动驾驶车辆防碰撞系统的路径规划及跟踪的基本框架。为了跟踪避碰机动的规划轨迹，路径跟踪控制器将跟踪任务转变为多预测模型预测控制（MMPC）问题，通过约束横向位置、偏航角、侧滑角以及方向盘转角来维持车辆的稳定，并通过计算前轮转角来防止车辆与移动障碍车辆发生碰撞。

通过二次规划程序来实现对上述问题的求解，利用CarSim和Simulink联合仿真来实现和验证该多约束模型预测控制的车辆避让路径规划与跟踪系统。仿真结果表明，在静态和动态环境下，该系统在防碰撞的跟踪性能令人满意。同时所提出的控制器不仅能够使车辆在低摩擦系数的道路上行驶而且还能在存在障碍物的情况下保持稳定状态。