控制理论与应用

作者：朱仲文,蒋智涛,王维志,江维海,李书华

单位：合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥工业大学汽车与交通工程学院

关键词：无人驾驶汽车;轨迹跟踪;模型预测控制;Multi-shooting算法

基金：汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室开放课题基金“动态交通场景的智能汽车随机模型预测控制研究”项目(2022KLMT06),先进内燃 动力全国重点实验室开放课题重点项目“重载燃料电池系统能量管理策略研究”项目(K2023–02),中央高校基本科研业务费专项资金项目(JZ2024 HGTB0234)资助.

针对复杂路径下无人驾驶汽车轨迹跟踪精度不足和稳定性差的问题,本文研究了非线性MPC轨迹跟踪控制策略.首先基于brush轮胎模型建立了考虑轮胎滑移的车辆动力学模型.然后利用Multi-shooting算法将状态方程转化为函数连续性约束,独立计算每个预测子区间的状态微分方程组,采用序列二次规划方法对非线性最优控制问题进行求解,得到最优控制输入.最后通过CarSim和MATLAB进行联合仿真,分别在36km/h,54km/h和72km/h3种车速下跟踪双移线轨迹,与传统的线性MPC控制器对比,3种车速下本文的控制策略横向跟踪累积误差降低了41.6%, 46.6%和36.5%, 控制效果得到提高,对不同车速有较好的鲁棒性. 与基于Single-shooting的非线性MPC控制器对比,计算效率提高了61.9%,60%和52.8%,算法实时性得到了提高.

来源：2025年第8期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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