双模块底盘自动驾驶卡车路径跟踪控制研究

北京科技大学申焱华团队提出新型路径跟踪控制方案，提升自动驾驶卡车行驶性能

引用信息：Liu, T., Shen, Y. & Wang, K.: Path Tracking Control for Autonomous Truck with Dual Modular Chassis. Automot. Innov. 6, 558–570 (2023). https://doi.org/10.1007/s42154-023-00268-7

研究重点

北京科技大学申焱华副教授团队为双4WIS4WID（四轮转向四轮驱动）模块化底盘的自动驾驶卡车研发了一套高效路径跟踪控制系统，旨在提升车辆的敏捷性与路径跟踪精度，优化整体行驶性能。

主要贡献

1. 创新结构设计：提出专为高效货运设计的双模块化底盘自动卡车配置，采用两总线系统构建层级通信框架，增强系统功能与协同控制能力。
2. 参考路径生成策略：开发面向前后模块底盘的协同路径规划方法，基于上层规划路径生成各自参考轨迹，实现运动协调与无缝衔接。
3. 自适应路径跟踪控制器：基于车辆运动模型设计自适应模型预测控制（AMPC）控制器，并在Simscape平台建立多体动力学模型进行仿真验证，展现出优异的路径跟踪性能。

图表展示

Fig. 1 双模块底盘自动驾驶卡车自由度示意图

Fig. 2 双模块底盘自动驾驶卡车通信架构

Fig. 3 模块化底盘参考路径生成原理

Fig. 4 双模块底盘协同路径跟踪控制框架

Fig. 5 前模块底盘路径跟踪结果

研究成果

• 双模块底盘自动驾驶卡车具备出色的路径跟踪能力，所设计的通信框架满足控制与自适应编组需求。
• 基于层级规划的参考路径生成策略可有效为前后底盘分配独立参考轨迹，保障协同运行。
• 仿真与实车测试验证了AMPC控制器的有效性：仿真中最大横向误差为0.082米，最大偏航角误差为0.007弧度；实车测试中分别为0.194米和0.071弧度，表明控制器具有良好的鲁棒性与实际应用潜力。

作者简介

刘涛，2023年获北京科技大学车辆工程硕士学位，研究方向包括车辆动力学与集成控制、车辆运动规划等。
申焱华，北京科技大学车辆工程系副教授、博士生导师，主要研究方向为重型车辆系统动力学与控制、智能车辆路径规划等，发表SCI/EI论文多篇，授权发明专利十余项。
王凯迪，北京科技大学在读博士研究生，研究方向涵盖车辆动力学与控制、轮-地耦合建模及轮胎动力学辨识等。 SEO关键词：自动驾驶卡车、双模块底盘、路径跟踪控制、自适应模型预测控制、车辆动力学、北京科技大学、智能网联汽车