“智能车辆关键技术研究”项目申请书(控制系统).doc

类别智能车辆关键技术研究项目编号

中国科学院合肥智能机械研究所
知识创新工程领域前沿项目
课题申请书

课题名称：智能车辆控制技术
课题负责人：钱玮
申请部门：智能车辆技术中心
参加单位：中国科学院合肥智能机械研究所
联系电话：[phone]
E-mail：[e-mail]

2009年12月10日
课题简表
课题名称智能车辆控制技术开题日期2010年01月终止年月2011年12月类别智能车辆专项子课题数9申请金额20万元密级1.绝密2.机密3.秘密4.内部5.公开4申请部门智能车辆技术中心参加单位中国科学院合肥智能机械研究所项目
类型应用基础研究经费(万元)总计经费来源及金额国家智能所自筹其它20所拨
经费2010年2011年合计101020项目组总人数高级中级初级辅助人员博士后在读博士生在读硕士生其他6132项目负责人及主要成员姓名年龄专业技术职务文化程度投入人年在研项数项目中的分工工作单位签章钱玮43副研究员硕士31项目总体设计中科院智能所刘宜28助研博士41控制系统设计中科院智能所祝辉28助研博士40协调控制器设计中科院智能所李传宝27助研硕士50车辆控制模型建立中科院智能所方薇35工程师硕士50CAN总线设计中科院智能所荣大伟23硕士生50控制系统设计中科院智能所摘要
本项目研究智能车辆在中高速变速、转向、制动或者转向同时制动等复杂工况下行驶轨迹跟踪的控制方法与关键技术。智能车辆控制系统为多路双闭环结构，主要由以“驾驶员模型”为核心的协调层和以转向、油门、制动控制器等为核心的控制层所构成。通过探讨各子系统内主要结构参数/控制参数以及各子系统间不同性能指标的相互影响、制约及协调的机理，建立起整车系统的动力学模型和运动学模型，提出在不同工况下汽车行驶的最优轨迹跟踪指标，依据此指标，按照当前的车辆状态以及车辆动力学约束，采用直线插补与圆弧插补相结合的方法实时生成光滑的过渡轨迹，然后通过车辆运动学模型转换为纵向速度曲线与转角曲线，再通过油门/刹车的闭环控制与转角的闭环控制来完成轨迹跟踪控制，实现从当前位姿到期望位姿之间的平滑过渡，同时确保车辆实际轨迹不超出规划路径的最大误差范围，确保跟踪精度要求。该项目采用理论分析、软件仿真、和实车实验相结合的研究方法进行，以实现全面提高智能车辆行驶路径的精确性和安全性。
立项依据
课题的科学意义，国内外研究概况及发展趋势；
智能车辆是验证机器感知与人工智能理论、方法与技术的最佳平台之一，尤其是在非结构、动态变化环境中。智能车辆不仅在军事、探险和救援等危险、恶劣环境下具有广阔的应用前景，同时智能车辆所涉及到的各种汽车传感器、环境感知系统、行驶安全预警、辅助驾驶智能决策、轨迹跟踪控制等关键技术对于提高有人驾驶汽车的智能化程度和行驶安全性具有重要意义。世界主要发达国家将智能车辆作为展示人工智能技术发展水平、引领车辆工业未来的重要平台，纷纷开展智能车辆的研究。因此，开展智能车辆的研究，将对我国信息领域和车辆工业的发展做出基础性、前瞻性、战略性贡献。
智能车辆作为基础理论与关键技术的集成验证平台，必须能够为各种模型、算法提供必要的实时计算能力，能够为各种新型传感器与机器感知系统提供机电系统融合能力，并且还应具备对智能决策的实时执行力，即车辆操控系统的实时控制能力。车辆操控系统的实时控制能力，主要由车辆控制系统对方向角、油门、刹车的实时控制来体现的。由于车辆运动轨迹可以分解为纵向运动与侧向（横向）运动，通常车辆控制系统可以通过纵向跟踪控制与侧向跟踪控制来实现。
国内外目前有较多高校和研究所也在从事智能车辆控制系统的研究。国外比较典型的研究是在美国参与DARPA比赛的车辆。如文献[1]和[2]将车辆的控制系统分成两层，上层用于路径的规划，下层用于车辆的控制，同时将车辆的底层控制分成纵向控制和横向控制。纵向控制是底层的控制，实现自由驾驶道路行驶以及控制车速的快慢。通过离散的坐标点来描述几何路径。横向控制主要是在转向过程中，实现安全转向。这种控制的缺点是较难实现控制准确性，因为离散的点很难表征出复杂工况下（尤其是高速）车辆的运行目标轨迹。文献[3]采用了一种两自由度自行车模型来表示车辆模型，控制器采用单独的PID控制器，控制车辆的油门、制动和转向角，这种两自由度的车辆模型虽然计算简单，但是很难反映车辆高速时转角的变化与车辆行驶轨迹的变化关系，因此高速时的控制变得很困难。国内目前也有部分高校和研究所在从事智能车辆控制系统的研究，如上海交大夏永峰、刘子龙等采用中央处理器来同时处理转向角指令、速度指令、油门指令等参数，以控制车辆运动时的转角大小和油门大小等，这种控制方式很难保证控制的实时性，因为实际车辆转向需要的不仅仅是转角信号，同时也需要转角速度信号[567]。
从以上研究