一種考慮車輛動(dòng)力學(xué)的無(wú)人駕駛車輛模型預(yù)測(cè)路徑規(guī)劃控制器

一種考慮車輛動(dòng)力學(xué)的無(wú)人駕駛車輛模型預(yù)測(cè)路徑規(guī)劃控制器

人工勢(shì)場(chǎng)法和最優(yōu)控制器是目前無(wú)人駕駛車輛路徑規(guī)劃的兩種常用方法。人工勢(shì)場(chǎng)法能夠?yàn)椴煌愋偷恼系K物和道路結(jié)構(gòu)分配不同的潛在功能，并根據(jù)這些潛在功能規(guī)劃路徑。然而，它在路徑規(guī)劃過(guò)程中并不考慮車輛動(dòng)力學(xué)。與車輛動(dòng)力學(xué)集成的最佳路徑規(guī)劃控制器則能夠保證車輛跟隨路徑的穩(wěn)定性。在該控制器中，將障礙物和道路邊界作為約束條件。介紹了一種模型預(yù)測(cè)路徑規(guī)劃控制器,該控制器能夠準(zhǔn)確地處理不同的障礙物和道路結(jié)構(gòu)，并同時(shí)利用車輛動(dòng)力學(xué)來(lái)規(guī)劃最優(yōu)路徑。

所提出的模型預(yù)測(cè)路徑規(guī)劃控制器利用潛在的場(chǎng)概念來(lái)避免其遇到的障礙物。通過(guò)對(duì)PF（勢(shì)場(chǎng)）參數(shù)的適當(dāng)選擇，從而提供足夠的避免障礙物的可能性。因此，PF的應(yīng)用不僅避免了障礙物，而且使車輛保持在距離障礙物的適當(dāng)距離。針對(duì)可交叉、不可交叉的障礙物以及道路標(biāo)線提出了不同的PF參數(shù)。此外，最優(yōu)控制問(wèn)題通常是非線性的。為了在路徑規(guī)劃處理中減少計(jì)算時(shí)間，將控制問(wèn)題用二次凸規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行近似。通過(guò)仿真比較了非線性和二次問(wèn)題的計(jì)算時(shí)間和性能。仿真結(jié)果表明，雖然近似值可能導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生不可避免的誤差，但二次問(wèn)題近似后的性能可以滿足解決非線性問(wèn)題。未來(lái)工作應(yīng)對(duì)近似值的有效范圍進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。

研究在CarSim仿真模擬中使用了高仿真的車輛模型。仿真結(jié)果表明，引入該路徑規(guī)劃控制器在復(fù)雜場(chǎng)景中進(jìn)行適當(dāng)演練時(shí)，當(dāng)從任務(wù)規(guī)劃模塊中指揮車道改變時(shí)，除非這樣做是安全的，否則車輛不改變車道。如果兩輛車之間有足夠的空間，該車輛與其可以合并在一起，那就可以合并。如果當(dāng)前車道已經(jīng)結(jié)束，而車道變更又不安全，則車輛在車道結(jié)束前降低速度甚至停止。總之，只有在安全的情況下才改變車道。如果車輛從側(cè)面不小心接近另一車輛，則車輛在以后行駛過(guò)程中盡可能多的提供距離空間。此外，如果障礙物不可逾越，并且側(cè)面沒(méi)有足夠的空間通過(guò)，則車輛停在其后面。如果障礙物是可逾越的，并且側(cè)面沒(méi)有足夠的空間通過(guò)，則車輛穿過(guò)障礙物。

刊名：IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems（英）

刊期：2017年第5期

作者：Rasekhipour Yadollah et al

編譯：陳少帥