差动转向无人车路径跟踪控制研究

"本文主要探讨了差动转向无人车的路径跟踪控制技术，涉及了车辆建模、电机仿真、驾驶员模型、滑模控制以及模型预测控制等多个方面。" 差动转向无人车是自动驾驶技术中的一种重要形式，其核心在于利用轮毂电机独立控制每个车轮的转动，以实现灵活的转向和动力分配。论文首先在车辆动力学仿真软件Carsim中，建立了包含车身模型、动力系统、悬挂系统等在内的详细模型，并通过Matlab/Simulink构建了轮毂电机驱动的无人车仿真模型，为后续研究打下基础。 在驾驶员模型方面，研究引入了分数阶微积分理论，创建了一个分数阶单点预瞄驾驶员模型，该模型能够模拟驾驶员的驾驶行为，尤其是在路径跟踪中的表现。通过对logistic单移线路径的跟踪验证，证明了分数阶模型的有效性，确定了无人车跟踪路径所需的前轮转角及其动态响应。 接下来，论文构建了轮毂电机驱动无人车的整车动力学模型，以及前轮差动转向系统的动力学模型。采用滑模控制方法，根据差动转向车辆的实际横摆角速度与参考模型的差异，设计了前轮差动转向控制策略。经过单移线和双移线路径的仿真，证实了这种控制策略能够实现无人车的精确转向。 此外，为了进一步优化路径跟踪性能，论文还建立了差动转向无人车的动力学及运动学模型，并进行了线性化和离散化处理。通过模型预测控制，将控制问题转化为二次规划问题，确保在每个控制周期内都能找到最优的控制量和控制增量。同样，通过仿真验证，表明该模型预测控制策略能够有效使无人车通过差动转向实现路径跟踪。 本文深入研究了差动转向无人车的路径跟踪控制，涵盖了车辆建模、电机控制、驾驶员行为模拟以及先进控制策略等多个关键技术领域，为无人车的自动驾驶提供了理论和技术支持。这些研究成果不仅丰富了自动驾驶领域的理论体系，也为实际无人车系统的设计和优化提供了实践指导。关键词包括：差动转向、路径跟踪、分数阶单点预瞄驾驶员模型、滑模控制和模型预测控制。