运动控制算法与车辆动力学 · 课程目录

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01课程导论

运动控制与车辆动力学概述
课程目标与学习路径
坐标系与参考系基础

02车辆运动学模型

自行车模型 (Bicycle Model) 推导
运动学约束
前轮驱动与四轮驱动模型

03车辆动力学模型

轮胎力学基础 (Pacejka魔术公式)
纵向动力学 / 横向动力学
垂向动力学简介

04PID控制基础

比例-积分-微分控制原理
参数整定方法 (Ziegler-Nichols)
在车辆速度控制中的应用

05PID控制进阶

抗积分饱和 (Anti-windup)
微分先行 / 串级PID
在车辆控制中的应用

06线性二次型调节器 (LQR)

LQR理论推导
Riccati方程求解
在车辆横向控制中的应用

07模型预测控制 (MPC) 入门

MPC基本原理
预测模型与滚动优化
约束处理

08MPC在车辆控制中的应用

车辆路径跟踪MPC设计
线性时变MPC / 非线性MPC简介

09纯跟踪算法 (Pure Pursuit)

几何路径跟踪原理
前视距离选择
在低速场景下的应用

10斯坦利算法 (Stanley)

横向误差与航向误差控制
在高速场景下的应用
与Pure Pursuit对比

11路径规划基础

全局路径规划 (A*、Dijkstra)
局部路径规划 (DWA、TEB)

12轨迹生成

多项式轨迹 (三次、五次样条)
贝塞尔曲线 / B样条曲线

13速度规划

梯形速度规划 / S形速度规划
考虑动力学约束的速度规划

14状态估计与传感器融合

卡尔曼滤波 (KF) / 扩展卡尔曼滤波 (EKF)
无迹卡尔曼滤波 (UKF)

15车辆定位技术

GPS/IMU融合定位 / 轮式里程计
视觉SLAM与激光SLAM简介

16横向控制综合案例

基于LQR+前馈的路径跟踪
MPC路径跟踪对比

17纵向控制综合案例

自适应巡航控制 (ACC)
起停控制 (Stop & Go)

18横纵向耦合控制

耦合模型建立 / 解耦控制策略
协同控制方法

19车辆稳定性控制

直接横摆力矩控制 (DYC)
主动前轮转向 (AFS) / 集成控制

20控制算法仿真基础

Simulink/CarSim联合仿真环境搭建
仿真流程与评价指标

21ROS在车辆控制中的应用

ROS基础 / 车辆控制节点设计
消息通信机制

22控制算法代码实现 (C++/Python)

PID、LQR、MPC的代码实现与优化

23硬件在环测试 (HIL)

HIL测试原理 / 实时系统搭建
测试用例设计

24车辆动力学参数辨识

最小二乘法 / 递归最小二乘法
实验设计

25非线性控制方法

滑模控制 (SMC) / 自适应控制
鲁棒控制简介

26智能控制方法

模糊控制 / 神经网络控制
强化学习在车辆控制中的应用

27功能安全与故障诊断

ISO 26262简介 / 故障检测与隔离 (FDI)
冗余设计

28自动驾驶系统架构

感知-决策-控制架构
Apollo/Autoware开源平台介绍

29前沿技术趋势

线控底盘技术 / V2X协同控制
AI驱动的控制算法

30课程总结与项目实战

综合项目设计 (园区无人车)
课程回顾与未来学习建议