基于CarSim与Simulink的汽车轨迹跟踪及横向稳定性控制研究

资源摘要信息: "四轮独立驱动汽车自动轨迹跟踪与横向稳定性控制分析" 在现代汽车工程领域，自动轨迹跟踪与横向稳定性控制是提高汽车行驶安全性和乘坐舒适性的关键技术之一。本次分享的技术文章将详细探讨四轮独立驱动汽车如何实现在不带轨迹规划的情况下对给定轨迹进行精确跟踪，同时通过横向稳定性控制系统保证车辆在行驶过程中的稳定性。本项目采用了CarSim与Simulink软件的联合控制，通过模拟和实际测试验证控制算法的有效性。 上层控制器采用了模型预测控制（MPC）策略。MPC是一种先进的控制算法，它能够考虑未来一段时间内系统的动态行为，并通过优化一个性能指标来计算控制输入。在本项目中，MPC控制器的输出包括附加的横摆力矩和方向盘的转角，用于指导车辆如何响应以跟踪目标轨迹和维持横向稳定性。MPC控制器的原理通过代码实现，使得其工作流程透明且易于理解。 为了解决MPC问题，本文将问题转化为二次规划（Quadratic Programming, QP）方法进行求解。二次规划是一种特殊的优化问题，其中目标函数为二次项，约束条件为线性项。QP在解决带有线性约束的最优控制问题方面非常有效，并且在工程应用中具有较强的计算效率和稳定性。 下层控制策略是基于优化控制的转矩分配，该策略能够根据MPC控制器的输出指令，计算出各轮驱动电机应产生的转矩大小，以实现最佳的车辆动态性能。 本项目还提供了完整的详细推导文档，不仅包含了理论分析，还包括了软件实现过程中的关键步骤。通过这些文档，可以学习到以下知识点： 1. MPC控制理论与应用：学习MPC控制器的设计原理和实施方法，包括系统建模、预测模型的构建、目标函数的定义和约束条件的设定。 2. 将MPC转化为二次规划的方法：掌握将MPC问题转化为QP问题的数学原理和实施步骤，理解在优化过程中如何处理约束条件以确保求解的可行性和有效性。 3. 轨迹跟踪控制理论：了解如何设计一个能够准确跟踪给定路径的控制算法，以及如何评估跟踪性能。 4. MATLAB中二次规划和非线性规划的命令使用方法：学习如何使用MATLAB中的优化工具箱进行二次规划和非线性规划问题的求解，包括命令函数的调用、参数设置以及结果的分析与解释。 本项目所使用的软件版本为MATLAB 2018b和CarSim 2018，确保了相关控制算法的开发和测试在稳定的软件环境中进行。此外，本文还提供了多个相关的图像文件（如1.jpg、3.jpg、2.jpg、4.jpg），它们可能展示了实验数据、控制算法的可视化结果，或者是与汽车模型相关的其他辅助信息。 通过学习本项目的技术文档和相关资源，读者可以全面掌握四轮独立驱动汽车在自动轨迹跟踪和横向稳定性控制方面的理论知识和实践技能，为进一步研究和开发先进的汽车控制技术打下坚实的基础。