智能车辆横纵向解耦换道轨迹跟踪控制算法研究
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U463.6

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黑龙江省重点研发计划(JD22A014);中央高校基本科研业务费专项资金(2572021BG01)


Lateral-longitudinal decoupled trajectory tracking control for intelligent vehicle lane changes
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    摘要:

    针对城市道路多车道交通场景下智能车辆主动换道工况,单独使用某一种控制算法进行主动换道路径跟踪时,可能导致路径跟踪精度或车辆操纵稳定性变差的问题,本文提出一种横纵向解耦的换道轨迹跟踪控制策略.首先,将轨迹跟踪控制解耦为横向位置跟踪和纵向速度控制;然后,基于离散LQR原理设计前馈加反馈横向控制器,基于双PID原理设计位置与速度纵向控制器,最终实现对规划轨迹的跟踪控制;最后,利用Matlab/Simulink、PreScan和CarSim平台建立联合仿真模型进行仿真实验.结果表明,横纵向解耦的轨迹跟踪控制算法在车辆不同换道工况下,对轨迹的跟踪效果良好,车辆的跟踪控制误差均在规定的约束范围内,且相比于模型预测控制(MPC)具有更小的质心侧偏角和横摆角速度,行驶稳定性与舒适性更佳.

    Abstract:

    In active lane-changing scenarios for intelligent vehicles on multi-lane urban roads,relying solely on a single control algorithm for path tracking can lead to issues such as reduced accuracy or compromised stability.Here,we propose a decoupled control strategy that separates lateral and longitudinal trackings.First,the trajectory tracking task is decoupled into lateral position tracking and longitudinal velocity control.Subsequently,a feedforward-feedback lateral controller is designed based on the discrete Linear Quadratic Regulator (LQR) principle,and a longitudinal controller for position and speed is developed using a dual Proportional-Integral-Derivative (PID) principle.This integrated approach enables accurate tracking control of the planned trajectory.Finally,a co-simulation platform integrating Matlab/Simulink,PreScan,and CarSim is established for validation.Results show that the proposed decoupled control algorithm effectively tracks the reference trajectory under various lane-changing conditions,with all tracking errors within specified constraints.Moreover,compared to the Model Predictive Control (MPC),it results in a smaller centroid sideslip angle and yaw rate,offering superior driving stability and comfort.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李胜琴,苗瑞杰,张明瑞.智能车辆横纵向解耦换道轨迹跟踪控制算法研究[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2026,18(1):101-111
LI Shengqin, MIAO Ruijie, ZHANG Mingrui. Lateral-longitudinal decoupled trajectory tracking control for intelligent vehicle lane changes[J]. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology, 2026,18(1):101-111

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  • 收稿日期:2025-01-16
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  • 在线发布日期: 2026-01-17
  • 出版日期: 2026-01-28
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