车辆控制与轨迹跟踪培训课程
一、课程基本信息
二、培训内容
1. 车辆动力学基础
车辆运动学模型（自行车模型）；车辆动力学模型（单轨模型/双轨模型）；轮胎模型（Pacejka魔术公式）；纵横向耦合动力学；车辆参数辨识。
2. 控制理论基础
PID控制原理与整定；前馈-反馈控制结构；状态空间与LQR控制；模型预测控制（MPC）原理；滑模控制与鲁棒控制。
3. 横向控制：路径跟踪
几何方法（Pure Pursuit/Stanley）；基于动力学模型的LQR控制；基于MPC的横向控制；预瞄理论与预瞄控制；横向控制性能评价。
4. 纵向控制：速度跟踪
速度PID控制；加速度前馈控制；上下坡速度补偿；跟车距离控制；纵向舒适性与响应速度平衡。
5. 纵横向耦合控制
弯道速度规划与跟踪；耦合动力学补偿；协同控制架构；紧急工况下耦合控制；轨迹跟踪精度分析。
6. 模型预测控制（MPC）
MPC基本原理与优化问题；线性时变MPC；非线性MPC；约束处理（执行器/安全/舒适）；MPC在车辆控制应用。
7. 控制参数标定与调优
PID参数整定方法；LQR权重矩阵设计；MPC预测时域与控制时域选择；参数标定流程（仿真-台架-实车）；标定工具与数据驱动优化。
8. 执行器特性与延迟补偿
转向系统特性（响应延迟/死区/饱和）；制动/驱动系统特性；执行器延迟测量；Smith预估器与延迟补偿；执行器故障处理。
9. 车辆状态估计
车辆状态观测器设计（卡尔曼滤波）；纵向车速估计；横向车速估计；质心侧偏角估计；路面附着系数估计。
10. 控制算法实时实现
嵌入式平台算法部署；计算效率优化；多核任务分配；控制周期确定；故障诊断与安全监控。
11. 控制性能测试与评价
跟踪精度评价（横向误差/航向误差）；稳定性评价（超调/振荡）；舒适性评价（加速度/加加速度）；场景覆盖测试（弯道/变道/紧急避障）。
12. 下一代车辆控制技术
线控系统与执行器协同；多执行器协调控制；学习型控制（强化学习/迭代学习）；车辆运动控制与底盘融合。
【综合案例研讨】
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案例一：MPC在高速NOA轨迹跟踪中应用——某高速领航辅助项目中，设计基于线性时变MPC的轨迹跟踪控制器，实现车速120km/h下的精确路径跟踪，横向误差控制在10cm以内，解决传统PID在弯道超调问题。
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案例二：纵向舒适性优化与标定实践——某ACC系统在起停工况下频繁出现顿挫感，通过优化加速度前馈、引入加加速度约束与PID参数重新整定，将纵向冲击度降低60%，通过主观评价与客观指标双重验证。
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案例三：低附着路面车辆稳定性控制——在冰雪路面测试中，车辆出现横摆不稳定，通过设计基于滑模控制的横摆力矩控制与路面附着系数估计，保证低附着路面下的轨迹跟踪精度与车辆稳定性。
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