摘要
随着人们对安全、舒适的驾驶体验的不断追求，以及自动驾驶汽车技术在缓解交通拥堵、减少交通事故、提高道路利用率方面的巨大潜能，使自动驾驶汽车技术成为当今汽车工业的重要研究方向。本文基于自动驾驶汽车技术的发展现状，深入研究高速道路环境下自动驾驶汽车超车控制方法。针对超车过程中的行为决策、轨迹规划、轨迹跟踪等问题，本文提出车辆超车控制方法，构建自动驾驶汽车超车行为模型，使车辆能根据周围交通环境自主超车。 在自动驾驶汽车超车行为决策方面，通过分析人类驾驶员超车过程，将超车行为离散化为换道准备、换道、超越、并道四个子行为，从而将复杂的决策问题建模转化为子行为间状态转移关系。并根据有限状态机构建超车行为决策模型，使超车决策建模更具逻辑性，降低超车决策复杂度。 在行车安全距离方面，基于换道防碰撞条件，计算换道过程所需最小安全距离，并根据实际情况确定最终行车安全距离，保障车辆换道安全性，辅助车辆超车行为决策。在轨迹规划方面，考虑车辆换道约束问题，比较现有换道模型使用的换道轨迹的优缺点，最终选取五次多项式拟合车辆换道轨迹，并针对超车各个子行为拟合相应的行驶轨迹。 在轨迹跟踪方面，首先搭建车辆三自由度非线性动力学模型，并将其离散化处理，作为模型预测控制器预测模型；其次分析车辆行驶过程中存在的约束问题，包括车辆自身约束与环境约束问题；然后构建目标函数，由于存在无法求取最优解的情况，在目标函数中加入松弛因子。根据动力学模型、约束条件、目标函数设计轨迹跟踪控制器，搭建联合仿真模型验证轨迹跟踪控制器，并在不同行车速度、不同路面附着系数下验证轨迹跟踪控制器跟踪效果。 最后结合超车行为决策模型、安全距离模型、超车轨迹规划模型与轨迹跟踪控制器，搭建基于CarSim和Matlab/Simulink自动驾驶汽车超车行为仿真模型，并设计四种不同工况验证本文研究的自主超车控制方法的有效性和可靠性。仿真结果表明，本文所研究的控制方法能够引导自动驾驶汽车自主完成超车行为。
NETL