基于瞬时转向中心实时估计的滑动转向车辆运动轨迹预测方法研究

发布时间：2023-02-27 20:41

　　滑动转向车辆通过调节左右两侧速度变化实现航向改变,由于其具有机械结构简单、机动性和通过性强等优点,在农业、军事、林业、煤矿及火星探测等领域得到广泛应用。在自动驾驶车辆的局部路径规划中,需要根据车辆模型预测车辆行驶轨迹,然而由于滑动转向车辆的滑动转向特性,准确的预测未来一段时间内的行驶轨迹变得非常困难。因此研究滑动参数的估计及其对车辆运动的影响对于实现滑动转向车辆的无人驾驶具有重要的理论及现实意义。本文针对基于滑动参数估计的滑动转向车辆轨迹预测进行了研究。在深入分析滑动转向车辆转向运动学及动力学特性的基础上,提出了一种基于瞬时转向中心的运动学建模方法。通过将车辆运动微分方程在参考轨迹上线性化,建立了线性时变扰动矩阵微分方程,并基于线性控制理论推导了轨迹误差的闭式解析解。根据轨迹误差的闭式解析解,进一步分析了基于协方差矩阵的车辆相对位姿非系统误差。随后采用基于Levenberg-Marquardt算法的非线性最小二乘法和扩展卡尔曼滤波方法实时估计滑动参数并根据给定的控制量序列预测未来一段时间内的轨迹,然后通过仿真实验进行了算法性能分析。通过仿真实验发现,尽管基于L-M算法估计的滑动参数不一...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 滑动转向无人驾驶车辆发展及现状
        1.2.2 滑动转向车辆动力学与运动学发展及研究现状
        1.2.3 滑动参数估计与轨迹预测发展及研究现状
    1.3 论文研究内容及结构
第2章 基于瞬时转向中心的滑动转向车辆运动学模型
    2.1 转向运动学分析
        2.1.1 履带/轮胎接地段运动分析
        2.1.2 滑转滑移系数与横向偏移量
    2.2 转向动力学分析
        2.2.1 纵向力
        2.2.2 转向阻力矩
    2.3 稳态转向时各运动学参数变化规律
    2.4 基于瞬时转向中心的车辆运动微分方程
        2.4.1 传统运动学模型
        2.4.2 基于瞬时转向中心的运动学模型
    2.5 本章小结
第3章 车辆运动轨迹误差与滑动参数扰动量的关系
    3.1 车辆运动轨迹误差的计算
    3.2 轨迹误差的闭式解析解
        3.2.1 线性时变扰动矩阵微分方程建立
        3.2.2 考虑滑动参数扰动的车辆位姿求解
    3.3 车辆轨迹非系统误差分析
        3.3.1 协方差矩阵
        3.3.2 协方差传播律
        3.3.3 车辆位姿误差协方差矩阵
    3.4 本章小结
第4章 滑动参数估计及运动轨迹预测
    4.1 基于Levenberg-Marquardt算法的非线性最小二乘法求解及轨迹预测
        4.1.1 代价函数
        4.1.2 L-M方法
        4.1.3 基于L-M方法的滑动参数估计
        4.1.4 轨迹预测
        4.1.5 仿真实验及分析
    4.2 基于扩展卡尔曼滤波的滑动参数实时估计及轨迹预测
        4.2.1 卡尔曼滤波器原理
        4.2.2 参数化
        4.2.3 滑动参数估计与轨迹预测
        4.2.4 仿真实验及分析
        4.2.5对比实验
    4.3 本章小结
第5章 实验及结果分析
    5.1 基于履带车辆的实车实验
        5.1.1 实验内容
        5.1.2 Levenberg-Marquardt算法验证
        5.1.3 扩展卡尔曼滤波算法验证
    5.2 基于6×6 轮式车辆的实车实验
        5.2.1 实验内容
        5.2.2 Levenberg-Marquardt算法验证
        5.2.3 扩展卡尔曼滤波算法验证
    5.3 本章小结
结论
    研究成果总结
    本文创新点
    未来研究工作展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢



本文编号：3751408