一种无人驾驶轮式越野车导航定位与自引导方法

介绍了一种越野环境下无人驾驶轮式越野车导航定位与自引导方法,说明了地图创建、目标引导和路径规划与跟踪的控制策略.通过实车试验验证了文中提出方法的可行性和可靠性.     

基于电子海图矢量数据建模的无人船路径规划

栅格地图在自主船路径规划领域应用广泛.为解决栅格地图在表示多种类型障碍物共存的复杂环境时所存在精度不高及路径可靠性不足的问题,提出一种基于电子海图矢量数据——点、线、面要素建立精确环境势场的方法,可用于描述不同类型障碍物及狭窄水域.在此基础上,改进了基于静态环境势场及动态环境引力和斥力的混合路径规划算法,并结合M ariner典型船型及比例微分控制,进行了多船多障碍动态环境和狭窄水域静态环境的仿真测试.试验结果表明,该算法实现了《国际海上避碰规则》约束下的船舶实时自主避碰,并兼顾多种形状和类型的障碍物.建模方法简单实用,具有与电子海图显示与信息系统相结合的潜力.      

基于高精地图的物流配送车路径规划与跟踪控制

为了解决园区等场景下无人车多途经点配送问题,提出了一种基于矢量化高精地图的车道级全局路径规划、生成和跟踪控制方法。考虑配送车往返途经点顺序对行驶路径总长度的影响,基于高精地图采用A*算法计算各配送点间的最优路径,在此基础上,利用动态规划算法求解经过多个配送点的全局最优路径。应用贝塞尔曲线对规划的路径进行平滑,并根据道路曲率设定不同路径处的参考行驶速度,进而生成车道级的可用于跟踪的目标轨迹。利用车辆二自由度模型设计模型预测控制器进行轨迹跟踪,实现低速物流配送车的自主控制。在 CarSim/Prescan/Simulink联合仿真平台和实车平台上对提出的规划控制方法进行了试验。结果表明,相比传统的依据最近配送点策略确定的路径,所提出的方法搜索出的路径长度平均缩短了 6.15%。所设计的轨迹跟踪控制器能确保配送试验车与目标轨迹的横向偏差在 0.25 m 以内,航向角偏差在5°以内。     

基于图优化的室外无人车多图层地图构建

地图构建是实现无人驾驶的重要前提,针对传统单一地图无法准确实现无人车自主导航的问题,本文中提出一种低成本的室外多图层地图,分轨迹层-静态层-动态层.轨迹层为GNSS拓扑地图,静态层为基于图优化构建的点云-栅格地图,动态层为实时激光点云信息.首先轨迹层的绝对位置信息用于实现无人车的全局路径规划,然后基于动态层实时信息与静...     

融合TangentBug与Dubins曲线的智能轮式车辆局部路径规划算法

由于环境条件限制,某些采用Ackermann转向的智能轮式车辆仅能获取局部地图和定位信息,给路径规划造成了困难。针对这一问题,本文中提出了一种融合TangentBug和Dubins曲线的局部路径规划算法。首先通过采样的方法构建了规划参考点集合,然后以Dubins曲线作为规划路径,旨在满足车辆最小转向半径的运动约束和目标点处的航向要求,并加入了沿规划路径的碰撞检测和考虑定位误差的状态转换规则。最后通过实车实验证明:本文算法能使车辆按规定位姿到达目标点,并可保证规划路径的安全性和实时性;本文算法可有效避免定位误差对车辆状态的影响;相对于使用圆弧曲线,本文算法规划出的路径更有利于路径跟随控制。     

基于特征几何关系的无人车轨迹回环检测

为了在GPS盲区中利用激光雷达构建地图,提出了一种基于回环检测的高精度2D激光点云地图构建方法。首先,从2D激光雷达观测数据中获得无人车的位姿,在2D高斯概率密度空间中提取每帧数据中的环境特征以及求得高斯映射值累加和。其次,利用粒子滤波对车辆位姿与环境特征进行融合优化得到低精度的点云地图和特征地图。然后,利用数据帧中环境特征的数量、车辆位姿以及高斯映射累加和,计算发生轨迹回环的可能性;遍历所有观测帧后得到无人车轨迹回环帧;利用三角剖分法求解回环帧之间的真实转换关系。最后,利用图优化方法得到全局最优的无人车位姿和高精度点云地图与特征地图。试验结果表明:特征地图中同一特征的多次识别结果之间的标准差小于5mm;利用车辆位姿、环境特征和高斯映射累加和能够有效发现路径回环的可能性,其处理2 499帧耗时1.61s;利用Delaunay三角剖分能够准确计算路径回环点,单次运行用时小于1s。     

基于A＊算法的AGV路径规划研究

基于经典A＊算法的原理,提出一种能充分运用已有搜索信息实现自动导引小车（AGV）局部避开障碍物的改进A＊方法,使AGV在环境信息未知的情况下能快速进行路径规划;使用MATLAB软件对经典A＊算法、二次规划、改进的A＊算法在AGV路径规划中的运用进行仿真和比较,证明了改进A＊算法的优势.     

拓扑地图的路口局部路径生成策略

交叉路口是自动驾驶开发过程中面临的复杂交通场景,采用高精度地图方案成本高昂,而仅通过车载传感器难以有效识别路口形状,因此,提出了一种基于开源拓扑地图与视觉可行驶区域检测技术的路口局部路径规划算法。首先,基于开源拓扑地图采用A*算法规划全局导航路径作为引导线,然后通过语义分割技术识别当前可行驶区域,并结合车辆实时定位信息,在路口确定局部路径的起点、终点与一组备选控制点,最后采用贝塞尔曲线插值方法,得到备选路径的曲线簇,根据多维度加权代价函数结果选取最优局部路径,进而实现车辆在路口转弯过程的自动驾驶。实验结果表明,该策略能够在不依赖高精地图的情况下,在路口处有效规划出局部路径,提高自动驾驶车辆在路口处的通过能力,路口通过率可达99%。该策略不依赖高精地图和激光雷达,对于自动驾驶量产降本具有重大意义。     

自主泊车路径规划一致性方法

为满足自主泊车过程中针对不同角度库位的泊车需求,以凸优化理论为核心,统一车辆运动学约束、车辆执行机构物理约束及环境约束,构建自主泊车路径规划的最优目标函数,采用内点法进行求解,规划出满足车辆运动学的泊车路径。仿真结果表明,与现有规划方法相比,一致性自主泊车路径规划可有效提高规划算法对环境的适应性。同时,提出的算法框架具有较强的通用性与扩展性,可对能以等式与不等式形式统一描述的各种场景进行路径求解。     

面向智能车定位的道路环境视觉地图构建

为实现智能车视觉定位,提出了一种基于多视角、多维度道路环境表征的高精度视觉地图构建方法,该方法明确了视觉地图的表征模型,包括视觉特征、场景结构信息以及轨迹信息等。在视觉特征中,运用前视场景全局特征描述道路环境,视觉特征不局限于某一种特征描述子;在场景结构信息中,运用俯视路面的2D结构信息进行描述,该特征与前视视觉特征构成多视角;轨迹信息则通过视觉维度以及地理维度的多维度方式完成计算,在视觉维度中,通过平面单应性计算节点间的轨迹;地理维度中,通过高精度经纬度信息消除累积误差问题。试验选取武汉理工大学内长约700 m的半开放式环形路段进行试验。试验结果表明：制图的单节点平均误差为3.1 cm,标准差为2.3 cm,最大节点误差为9.3 cm,累积误差率为0.5%。运用所制地图进行定位检测,平均定位误差约为11.8 cm,因此,研究所提出的方法可应用于半开放式路段或固定场景的视觉地图构建,为实现智能车在上述场景的定位打下基础。同时,研究提出的制图方法不需使用双目摄像机,在降低数据存储量以及制图成本的前提下,实现了对道路环境的充分表征;此外,运用路面2D特征结构信息计算轨迹,解决了视觉3D重建精度不稳定的问题,为视觉地图构建提供了新的构建思路。     

视觉导航智能小车自主驾驶控制方法研究

智能车路系统通过提高单车控制智能化水平以及与交通环境之间的信息交互能力,实现车辆自主驾驶以及列队控制,从而解决日趋严重的交通问题。在智能车路系统中单车的智能控制是基础,利用模型车、无线通信网络和1/10道路沙盘模型等手段构建车路协调下的视觉导航智能小车实验平台。在建立智能小车运动模型基础上,提出视觉导航智能小车自主驾驶控制策略;通过实验分析,验证了该控制策略的准确性和可靠性。     

基于ROS的SLAM智能车

正本文主要研究设计了一款基于树莓派ROS平台的SLAM智能车。该智能车利用激光雷达以获取周围环境的深度信息,采用ROS环境下具备SLAM算法的gmapping功能包,并通过STM32对智能车的底层驱动控制可实现即时定位、地图构建、自主导航和避障功能。     

基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略

为了使全局路径与泊车路径无偏差对接，得到曲率连续的可行驶路径，为泊车模式切换提供精准位姿，提出基于拓扑地图的自主泊车路径协调与优化策略。首先，定义一种精简的停车场拓扑地图描述形式与道路拓扑设计原则，通过采集停车场内关键特征的定位数据建立停车场拓扑地图。其次，基于道路拓扑设计原则与泊车规划原则，设计“第1次平滑处理-路径协调-第2次平滑处理”的流程，对规划出的全局路径与泊车路径进行协调与优化。其中，“第1次平滑处理”利用对称极多项式，以车辆最小转向半径为约束，对全局路径的转折处平滑处理；“路径协调”通过节点替换的方式实现全局路径与泊车路径的无偏差对接；“第2次平滑处理”利用梯度下降的方法，分别优化前进段与倒车段的路径曲率，消除路径对接与均匀插值之后引起的曲率抖动。最后，在PreScan/Simulink联合仿真平台和实车试验平台上，验证路径协调与优化策略的有效性。研究结果表明：所提策略能够无偏差对接全局路径与泊车路径，并生成曲率平滑的可行驶路径，为横向控制提供了平滑变化的曲率值，有助于提高路径跟踪时转向的平稳性；在路径跟踪前为自主泊车控制系统提供了精准的泊车切换位姿，保证了低速自动驾驶与自动泊车之间的准确切换。     

基于预定义几何集的斜列式泊车路径规划方法

目前预定义几何集方法主要用于平行车位和垂直车位2种类型的泊车路径规划,对于未涵盖的停车位种类而言则存在无法规划泊车路径的问题,使得自主泊车系统对于能够泊入的车位种类存在局限性。为了设计斜列式泊车方式用以提高自主泊车系统中车位种类的覆盖率,提出一种基于预定义几何集的斜列式泊车路径规划方法。首先,提出了斜列式C字形泊车路径规划方法,利用几何学设计一种圆弧相切斜线的路径,并通过多项式建模表征任意角度停车位下的斜列式C字形泊车路径;其次,通过分析泊车路径与停车位中可能发生碰撞的关键点之间的距离,构建了泊车路径碰撞约束模型,以此分析不同规格停车位下约束条件的参数,从而获得规划路径安全区域;然后,结合拓扑地图信息与斜列式C字形泊车路径规划的碰撞约束模型,获得合适的泊车路径起始点范围,继而生成与全局路径无缝衔接的安全泊车路径;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证此方法的有效性,并通过实车试验证明实用性。结果表明：所提方法针对任意规格的斜列式停车位,均能有效地规划出无碰撞条件下的斜列式泊车路径;同时,车辆能够良好地跟踪所规划的路径,实现精准泊入停车位,证明所提方法能够提高自主泊车系统中停车位种类的覆盖率,并大幅度提高自主泊车系统的实用性。     

面向室内停车场的自主代客泊车关键技术研究

随着自动驾驶技术的发展,面向特定场景下的自动代客泊车技术有望实现最早的落地。国内外各大车企及无人驾驶科技公司纷纷将其作为发展的重点对象,以期望获得最早的商业应用。本文重点分析室内停车场环境下的自主代客泊车系统关键技术,主要包括室内定位技术、横纵向控制技术、环境感知技术、路径规划技术。     

基于改进Gmapping的室内ROS智能车同步定位与建图系统设计

室内移动机器人是近年来研究的热点问题,同步定位与建图技术更是移动机器人的关键技术之一。为此文章设计了基于机器人操作系统（ROS）智能车的同步定位与建图系统,以Gmapping为核心算法,首先采用电机编码器构建的里程计对单线激光雷达的每帧数据进行运动畸变补偿,以运动畸变补偿后的激光雷达数据和里程计数据作为Gmapping算法输入;然后通过Gmapping算法粒子初始化,构建考虑观测量的提议分布并对粒子进行采样以估计智能车位姿,以重采样重要性系数对粒子进行重采样并设置重采样阀值,利用二值贝叶斯滤波器对每个粒子的地图状态更新;最后基于Gmapping算法输出智能车的位姿估计和地图数据。试验结果表明,所设计的同步定位与建图系统,在小尺寸环境下对智能车位姿估计和构建的地图较为准确,满足设计目标要求。     

基于模型预测控制的智能车辆主动避撞控制研究

针对自主驾驶车辆的转向避撞问题,提出了一种分层避撞控制方法。上层路径规划控制器基于车辆运动学模型,引入人工势场函数,采用障碍物与车辆的相对状态描述车辆碰撞风险。基于模型预测控制理论,构建优化目标函数,规划最优避撞路线,并采用五次多项式拟合局部避撞路径。对于下层路径跟踪控制器,则建立车辆非线性动力学模型,构建基于最优转向盘转角输入的路径跟踪优化函数,实现局部避撞路径跟踪。最后搭建了Carsim/Matlab联合仿真平台,对被控车辆在不同路面、不同车速情况下的避障路径规划和跟踪效果进行了仿真。结果表明:上层控制器能根据障碍物信息实时规划局部避撞路径,下层控制器能控制车辆平滑、稳定地跟踪参考路径,从而实现车辆的主动避撞功能。     

拖车与挂车自主交会系统研发

将ToF相机应用于拖车与挂车的自主交会系统,将自主交会过程分为两个阶段,分别为各阶段设计合理的路径规划和路径跟踪算法。系统仿真环境由Gazebo提供,算法则通过机器人操作系统ROS实现。仿真结果表明所设计的路径规划和路径跟踪方法以及交互系统的中央控制单元工作良好。     

基于K60单片机智能小车设计与实践

为更好地参加全国大学生智能汽车竞赛,文章提出了基于K60的智能小车设计,设计了以MK60DN512ZVLQ10作为核心控制器的硬件电路系统。软件系统通过处理单目摄像头所拍摄的图像,得到小车的规划路径曲线;再通过单点预瞄最优曲率模型得到较优转向角,用比例积分微分（PID）算法控制小车的转向,实现了小车的循迹功能。采用了障碍物膨胀法,有效避免了碰撞的发生。试验结果表明,所设计的智能小车能够在赛道上直线行驶、转弯、过十字路口等,具有基本的行驶功能,满足了设计目标要求。     

改进RRT算法在复杂环境下智能车路径规划中的应用

采用快速搜索随机树（RRT）算法进行路径规划时，在存在大量随机障碍物的复杂环境下，规划出的路径曲折且算法无法快速收敛，不能满足智能车路径规划的要求。为了实现智能车路径规划，提出一种基于RRT的运动规划算法——同心圆RRT算法。该算法在RRT算法的基础上结合智能车行驶时自身运动学约束，引入同心圆采样策略和邻近点选择方法。同心圆采样策略以目标点为同心圆的圆心，利用同心圆系数m控制同心圆的疏密程度，在同心圆上生成随机点以便确定下一路径点。邻近点选择方法考虑车辆运动学约束及目标点距离因素，在满足车辆运动学约束的前提下，计算邻近系数，将最小邻近系数对应的随机树节点作为邻近点；针对得到的规划路径，进一步提出基于车辆运动学约束下的路径简化方法，对得到的路径进行简化并使用3次B样条曲线对路径平滑处理，生成一条平滑且可执行的路径。研究结果表明：m=0.5~1.5时，提出的算法规划出路径所需时间最少；车辆姿态与下一路径点的夹角约束值越大，规划出路径所需时间越少，在夹角为35°时趋于稳定；在相同的环境中，提出的算法所规划的路径质量相比于RRT算法、目标偏向RRT算法及改进RRT^*算法有显著提高，规划出路径所需时间及路径长度相比于RRT算法分别降低了43.1%和18.7%，相比于目标偏向RRT算法分别降低了7.3%和15.5%，相比于改进RRT^*算法分别降低了29.6%和7%；智能小车的实车测试试验验证了该算法的有效性和实用性。