摘要：为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明:所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。

摘要：为了保证汽车在高速状态下紧急避障的安全性,研究了汽车紧急避障系统。建立了汽车动力学模型和质点模型;使用S函数规划了初步避障路径,考虑避障过程中路径内出现新障碍物的情况,提出了模型预测控制的路径再规划方法;在路径跟踪方面,考虑汽车高速行驶在低附着路面等极限工况,以路径跟踪误差最小和输入量最小为优化目标,设计了考虑车辆非线性特征的线性时变模型预测控制器。经仿真验证,在避障过程中路径内出现新障碍物时,路径再规划方法可以规划出一条安全、且偏离初步路径最小的路径;在极限工况下,线性模型预测跟踪控制器会发生甩尾危险,无法实现路径跟踪;而线性时变模型能够实现路径跟踪,且跟踪过程安全稳定。

摘要：为了减少因危险交通条件或驾驶员操作失误等原因而导致的事故,提出了一种基于轨迹重规划与路径跟踪双层模型预测控制(MPC)的紧急避障策略.轨迹规划层采用了实时性较好的点质量模型,路径跟踪层则采用精度较高的车辆七自由度动力学模型,以MPC算法为基础设计了控制器,并利用联合仿真平台验证其在不同工况下的鲁棒性.结果表明,所设计的控制器分别在不同车速和路面附着系数下都很好地完成了避障操作,且具有很强的鲁棒性.

摘要：针对无人车辆轨迹跟踪控制在极端工况条件下的车辆失稳问题,提出一种考虑车辆横摆稳定性的前轮转向与差动制动分层协同轨迹跟踪控制策略。首先,顶层策略基于模型预测控制算法设计,控制输出为前轮转角,以实现常规工况下的期望轨迹跟踪控制;其次,底层策略基于滑模控制算法设计,得到车辆维持路径跟踪所需的附加横摆力矩,以提高极限复杂工况的横摆稳定性;进而,引入差动制动控制策略对单独车轮制动力矩进行动态分配。整车联合仿真结果表明,所提出的转向与制动分层协同轨迹跟踪控制策略及算法,在高速低附紧急避障工况下,能够有效避免车辆侧滑失稳,明显提高车辆稳定性及轨迹跟踪精度。

摘要：为改善车辆紧急避障工况下的稳定性,建立滑模控制系统。设计七自由度非线性整车动力学模型和人车路闭环模型,运用滑模变结构理论,以车辆实际横摆角速度和理想的横摆角速度之差为输入变量,以前轮转角响应紧急避障要求为控制目标,以跟踪理想横摆角速度为目的进行控制计算。结果表明,紧急避障工况下采用滑模控制系统设计的路径跟踪控制器,能够控制车辆跟踪规划的理想避让路径,横摆角速度幅值为0.234 rad/s,小于未加控制车辆的横摆角速度,响应速度更快;经过滑模控制的车辆在路径跟踪过程中质心侧倾角最大值为0.037 rad,小于未受控制的车辆的相应值。

摘要：目的本文根据多自由度机械臂在外科手术、康复训练中与操作人员进行实时力位交互的需求,设计了一种具有工具重力补偿功能的机械臂力控牵引方法。方法首先通过安装在机械臂末端的六自由度力传感器检测作用在末端工具上的牵引力,然后应用上位机中的力-位与力-速控制算法将力信息转化为机械臂末端预期位姿偏移量并更新机械臂末端运动速度,进而控制机械臂沿受力方向运动。本文进一步提出一种末端工具重力补偿算法,能够有效补偿机械臂末端工具重力在力传感器上的偏差值。结果实验模拟无框架立体定向手术的患者注册环节,在无牵引力作用时上位机补偿后的外力值控制在±0.2N以内,最大力控循环采样率30Hz,最大系统延迟52ms。结论通过牵引力控制能够方便地对机械臂实现力控牵引摆位及运动过程中的紧急避障,重力补偿效果明显。