基于APF和MPC的无人车局部路径规划与跟踪研究

发布时间：2021-11-06 03:14

　　无人驾驶是车辆发展的重要趋势,它能代替人类驾驶员完成某些驾驶任务,因此能有效地缓解交通安全问题,是目前的一大研究热点。无人驾驶涉及领域广,其关键技术主要有环境感知、决策、路径规划、跟踪控制等。无人车的局部路径规划也就是轨迹规划,它是实现无人驾驶的基础,其在环境感知的基础上为无人车规划出适合当前动态行车环境的轨迹。轨迹跟踪是实现无人驾驶的关键,确保车辆按照规划所得的轨迹行驶。本文对无人车局部路径规划与跟踪方法进行研究,主要工作包括:（1）在局部路径规划中为充分描述行车环境中各因素（如:障碍物、道路结构、环境车、目标点）与车辆的交互关系,选择人工势场（Artificial Potential Field,APF）对行车环境进行建模。现有的行车环境势场建模对环境因素的考虑不够全面,其次是把同一类因素统一对待,没有考虑类内差异性。针对这些问题,本文将障碍物、道路结构、环境车、目标点结合一起考虑,作为影响车辆行驶的关键因素。其次,把障碍物分为可跨越障碍和不可跨越障碍,基于这两者与车辆交互关系的差异,分别用类高斯和幂函数的势场函数进行描述。同理,把道路因素按照车道线和边界线分别进行势场建模,并考虑... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

本文技术路线图

车辆在行驶过程中碰到的静止障碍物主要包括两类，一类是可直接跨越的，另一类是不可跨越的，下面分别对这两类障碍物进行分析。2.2.1 不可跨越障碍物车辆在行驶过程中碰到的不可跨越障碍物主要包括前方道路施工、滑落的大型石块等，这类障碍物与车辆的交互关系是迫使车辆绕开行驶。根据这个交互关系，设计势场函数，在障碍物所在区域势场取最大值，在障碍物的前后两侧，根据距离来计算势场，距离越近势场越大，而且上升的趋势很快，于是本研究采用一个常用于机器人避障领域的势场函数：2_ _1obstacle nocross obstacle nocrossobsU Ad = (2-2)其中，Aobstacle_nocross是不可跨越障碍物系数，dobs是距离障碍物前后两侧的距离。在障碍物的左右两侧选取一定安全距离，势场值也取最大值。假设障碍物是一块矩形区域，位于 50 米处，图 2-1 是不可跨越障碍物势场分布的示意图。

只有当相邻车道有车辆导致没有绕开空间的时候才直接行驶过去。根据这个交互关系设计势场函数，在障碍物所在区域取最大值，但这个最大值要远远小于不可跨越障碍物设置的最大值。在障碍物四周还是根据距离来计算势场，于是本研究采用类高斯函数[44]的形式：2_ _2exp -2obsobstacle cross obstacle crossobsdU Aσ = (2-3)其中，Aobstacle_cross是可跨越障碍物势场系数，σobs是影响范围系数，dobs是距离障碍物的距离。同样假设障碍物是一块矩形区域，在 50 米处，图 2-2 是可跨越障碍物势场分布的示意图。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于驾驶模拟实验的驾驶风格对高速公路换道行为的影响[J]. 石京,柳美玉.  东南大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]基于混成自动机的矿井机车无人驾驶系统模型[J]. 卫星,王军.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(08)
[3]无人驾驶汽车应用与发展现状分析[J]. 马硕.  汽车与驾驶维修(维修版). 2017(04)
[4]群智能算法在路径规划中的研究及应用[J]. 杜映峰,陈万米,范彬彬.  电子测量技术. 2016(11)
[5]基于期望跟驰间距的跟驰模型研究[J]. 杨龙海,赵顺,罗沂.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(04)
[6]蚁群算法优化和路径规划问题的应用研究[J]. 潘晓萌,李冰.  科技通报. 2016(06)
[7]基于改进智能水滴算法的汽车避障局部路径规划[J]. 宋晓琳,潘鲁彬,曹昊天.  汽车工程. 2016(02)
[8]军用地面无人机动平台技术发展综述[J]. 陈慧岩,张玉.  兵工学报. 2014(10)
[9]应用于换道预警的驾驶风格分类方法[J]. 王畅,付锐,彭金栓,毛锦.  交通运输系统工程与信息. 2014(03)
[10]基于改进人工势场法的无人驾驶车辆局部路径规划的研究[J]. 修彩靖,陈慧.  汽车工程. 2013(09)



本文编号：3479052