《机械工程学报》第四届优秀论文系列报道（十五）学术资讯

来源：机械工程学报

提示：点击上方"机械工程学报"↑关注我吧

《机械工程学报》、《Chinese Journal of Mechanical Engineering》是由中国科学技术协会主管、中国机械工程学会主办的中国机械工程领域的顶级学术刊物，主要报道机械工程领域及其交叉学科具有创新性的基础理论研究、工程技术应用的优秀科研成果，两刊均已成为国内外机械工程领域具有高影响力的学术期刊。

科学的未来在青年。在我国从“制造大国”向“制造强国”迈进之时，青年科技工作者是科技创新的生力军。《机械工程学报》编辑部JME学院旨在团结青年、凝聚青年、服务青年，构建平等、宽松、自由的学术交流平台。

高影响力论文评选活动由中国机械工程学会、两刊编委会、董事会以及编辑部JME学院共同组织策划，旨在评选出创新性强、学术影响力高、关注度广的优秀论文，并予以奖励优秀论文的作者。

优秀论文获奖作者代表

论文题目：高速无人驾驶车辆最优运动规划与控制的动力学建模分析

论文作者：刘凯, 龚建伟, 陈舒平, 张玉, 陈慧岩

作者代表：龚建伟教授

单位：北京理工大学

摘要：在高速无人驾驶车辆的运动规划与跟踪控制过程中，滑移和侧倾是很难克服的高度非线性约束，特别是在复杂地形条件下，容易导致车辆失稳甚至侧翻。通过研究地形因素对车辆转向特性和稳定性的影响，建立高速车辆的等效动力学模型，并提出了一种变步长的模型离散化方法，能够在保证及时动态响应的基础上，实现较长的轨迹预测时域以及计算的实时性。针对高速无人驾驶车辆的滑移和侧倾等动力学安全因素，通过对车辆稳定行驶状态进行分析，推导了基于包络线和零力矩点的高速车辆稳定性约束条件。根据在高速、滑移、侧倾等复杂约束下车辆安全行驶的要求，运用模型预测控制算法求解最优运动轨迹及跟踪控制序列，在保证道路环境约束的同时满足车辆的滑移和侧倾等稳定性约束。仿真试验表明，该方法可以有效的考虑道路曲率和地形对高速车辆动力学特性的影响，保证车辆无碰撞行驶，同时防止车辆出现滑移和侧倾等现象。

创新点：

(1) 本文提出了一种考虑道路曲率和地形倾角的高速车辆等效动力学模型及变步长的模型离散化方法，解决了在满足一定的模型置信度和预测精度下，实现较长预测时域并保证计算实时性的问题。

(2)针对高速车辆的滑移、侧倾等高度非线性约束，推导了基于包络线和零力矩点的动力学稳定性约束，同时考虑了道路环境等约束。

(3) 设计了基于模型预测控制的高速车辆最优运动规划与控制算法。仿真试验证明本算法可以实时的在高速、侧滑、侧倾等约束下得到最优运动轨迹和控制序列，在有效避障的前提下保证车辆的操控稳定性。

获奖：

(1) 国家自然科学基金面上项目“高速地面车辆主动危险规避最优运动规划与控制的动力学模型分析”（51275041）于2017年获基金委优秀结题题目提名。

(2) 作为关键内容出版《无人驾驶车辆模型预测控制(第2版）》，2020年4月。

(3) 本文的研究内容应用于2018年陆军装备部组织的“跨越险阻2018”陆上无人系统挑战赛，并获优胜成绩。

引用本文：

刘凯, 龚建伟, 陈舒平, 张玉, 陈慧岩. 高速无人驾驶车辆最优运动规划与控制的动力学建模分析[J]. 机械工程学报, 2018, 54(14): 141-151.

LIU Kai, GONG Jianwei, CHEN Shuping, ZHANG Yu, CHEN Huiyan. Dynamic Modeling Analysis of Optimal Motion Planning and Control for High-speed Self-driving Vehicles[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(14): 141-151.

您对该文章感兴趣，可以点击下方“阅读原文”，免费下载全文！拿走不谢！

寻觅合作伙伴

有一种合作叫做真诚，有一种发展可以无限，有一种伙伴可以互利共赢，愿我们合作起来流连忘返，发展起来前景可观。关于论文推荐、团队介绍、图书出版、学术直播、招聘信息、会议推广等，请与我们联系。

感谢关注我们！我们《机械工程学报》编辑部将努力为您打造一个有态度、有深度、有温度的学术媒体！