基于代价函数的无人驾驶汽车局部路径规划算法

局部路径规划层作为无人驾驶汽车软件层的重要组成分布,如何有效、安全地到达目的地是当前研究的热点。针对结构化道路信息,充分考虑车道线的约束,在使用Frenet坐标系理论的基础上,提出一种考虑到车道线曲率和障碍物模型信息,得到不同车道上其他道路参与者的位置信息,以便计算其他障碍物模型对本车危险程度,综合算法实时性、轨迹平顺性等要素的最小代价局部路径规划算法。在局部路径规划过程中,沿着参考线（Frenet坐标系下X轴上一段路径）选取多个路径分割点,Frenet坐标系下在每个分割点处沿Y轴进行控制点离散,每个路径分割点处选取1个控制点构成路径控制点集合,使用一元三次方程对每种排列组合路径进行拟合,从而使用代价函数对每种排列组合路径进行评估,代价函数值最小为最优的局部路径。代价函数考虑拟合轨迹到障碍物的危险程度、轨迹平顺性、轨迹到当前参考线（实时在全局路径规划层上根据车速得到一条当前需要跟踪的理想轨迹）的偏离程度、拟合轨迹行驶方向的改变程度、无人驾驶汽车最小转弯半径。研究结果表明：在不同试验场景下,所提出基于代价函数的局部路径规划算法,能规划出一条不与障碍物发生碰撞的最优路径,并能保证无人驾驶汽车行驶轨迹平顺性和路径规划层实时性的要求。     

无人驾驶汽车路径规划算法研究综述

无人驾驶汽车是目前汽车发展的一个大方向,无人驾驶的实现依靠于汽车的感知、决策和控制功能。路径规划属于决策中重要的一环。目前,无人驾驶汽车的路径规划算法存在受环境影响较大,无法适用于复杂的道路环境的问题,基于此文章对无人驾驶汽车轨迹规划算法进行归纳。其在广义上可分成全局路径规划和局部路径规划两种,文章对上述两种规划进行细分并介绍了各种路径规划方法的原理,分析了各个方法的优劣,为无人驾驶汽车路径规划算法的研究提供参考。     

基于Floyd算法的无人驾驶汽车路径规划模型

在各类产业向智能化发展的21世纪中,无人驾驶技术作为IT产业与传统汽车紧密结合的代表,得到了高速发展。无人驾驶汽车的路径规划问题一直是其发展过程中的一个难关。从简化问题的角度出发,可以将无人驾驶汽车的路径规划问题转换为以最短路为目标的单目标优化问题。通过利用Floyd算法,在这个基础上建立出了无人驾驶汽车的路径规划模型。在分析Floyd算法的实现机制后,借助于matlab,将该模型求解,得到了从起始点到达任意路口的最短距离以及相应的行驶路径。最后评价了该模型的优缺点,以及分析了未来无人驾驶汽车将需要改进方向。     

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

本文旨在研究在结构化道路上行驶的无人驾驶汽车的局部路径规划.基于人工势场法,利用高斯组合隶属函数建立引力的目标点函数,在引力点函数中考虑障碍物约束和车辆约束,并引入调节因子,建立了改进的无人驾驶汽车人工势场模型,消除了传统人工势场法容易陷入局部极小的问题.硬件在环试验结果验证了所提方法的有效性.     

智能汽车对无信号交叉口行人的避撞控制

针对智能汽车在无信号交叉口对横穿行人的避撞问题,研究了主动转向避撞控制策略.基于多层模型预测控制方法,采用分层控制策略设计局部规划层控制器与全局跟踪层控制器,在此基础上根据交叉口处汽车与行人的轨迹特征计算人车碰撞剩余时间,改进传统人工势场法构造避撞函数,规划出既能规避交叉口内存在碰撞风险的行人又能使偏差最小的局部避撞路...     

基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

本文中针对无人驾驶汽车弯道超车工况,提出一种基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划算法,以及一种基于线性鲁棒控制理论的汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。首先,分别基于螺旋下降函数、斜坡正弦函数和指数函数构建弯道引力势能场、同车道行驶较慢车辆斥力势能场和弯道边界斥力势能场,三者构成汽车弯道超车路径的搜索空间。随后,设计一种可应用于动态环境的增量搜索算法,逐步搜索汽车弯道超车路径搜索空间的最快下降方向,进而规划出汽车弯道超车路径。为执行规划出的汽车弯道超车路径,以线性2自由度汽车动力学模型为基础建立包含参数摄动的汽车弯道超车路径跟踪误差动态模型,并基于线性鲁棒控制法设计汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。最后,仿真验证所提出的汽车弯道超车路径规划算法和路径跟踪最优保性能控制策略的可行性和有效性,结果表明:所提出的路径规划算法和跟踪控制策略可安全、舒适地引导汽车完成弯道超车工况。     

改进人工势场法的避障轨迹规划

避障轨迹规划是无人驾驶技术栈中不可或缺的一环,关系到无人驾驶车辆在道路上行驶时的安全性。文章主要研究基于人工势场法的轨迹规划方法,针对该方法中的局部最优及目标不可达的固有缺陷,考虑到在结构化道路上行驶的车辆纵向的变化能力远大于横向。提出了基于Frenet坐标系的势场分布改进方法,将势场沿横向按比例缩放,避免了自车在进行借道绕行时由于多重势场的叠加而产生的路径抖动甚至规划失败。针对局部最优问题,建立了基于安全走廊的逃逸轨迹规划方法。当自车陷入目标不可达情况时,通过动态调整势场引导自车规划出最优方案。最后,在不同交通场景下对提出的改进方案进行了仿真验证,仿真结果表明,提出的方案能够有效提升人工势场法的性能。     

基于多影响因素RDMA*算法的无人驾驶动态路径规划

无人驾驶汽车的路径规划面临着复杂多变的交通环境,为了更全面的评价路径选择指标以规划更合理的路径,以及更好的解决路段环境动态变化对规划结果造成的影响,研究了一种考虑多影响因素的动态路径规划算法——RDMA*(Real-time Dynamics of Multiple influencing factors AStar)算法.以A*(AStar)算法为核心,通过加入多影响因素的交通评价因子对其代价函数进行改进,综合考虑距离,交通拥堵程度,道路平整度和其他影响因素,应用层次分析法确定各影响因素的相对权重,以综合代价值为评价指标进行路径规划.通过GPS,雷达和摄像头等设备,利用融合感知技术获取相关道路环境信息,根据获取的全局和局部交通环境数据信息,利用实时动态更新策略解决动态环境下的路径规划问题,实时规划最优路径.通过对实际案例进行模拟,结果表明,应用RDMA*方法规划的路径相比基础A*方法规划的路径出行总体耗时减少了15.75%.并且在遇到特殊事件的状况下,通过RDMA*动态规划可为无人驾驶车辆即时提供一条综合代价值最小,耗时最少的可行路径,与改进的A*动态路径规划方法相比减少了10.63%的二次规划综合代价值的损耗,提高了7.83%的时间效率.该方法能更好的适应复杂的道路和交通系统,即时应对动态变化的交通状况,具备更强的实用性.      

复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究

路径规划及路径跟踪控制是智能汽车研究的关键技术，而复杂、时变的交通环境给智能汽车的路径规划与跟踪提出严苛要求。针对现有局部路径规划方法只适用于较为简单的工况，无法应对多车道、多静/动态障碍等复杂工况的问题，提出一种基于离散优化思想的动态路径规划算法。该算法利用样条曲线曲率变化均匀的特性，在s-ρ曲线坐标系中生成了一组参数化候选路径簇；考虑动态碰撞安全影响，在碰撞带约束下结合道路法规限制及车辆动态安全要求，规划车辆速度；此外，综合考虑静态安全性、舒适性、目标车道、道路占用率等影响因素，以选择最优路径。在路径跟踪层面，基于预瞄理论设计鲁棒性好、跟踪精度高的分数阶PID路径跟踪控制器，以跟踪误差最小为目标，采用粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定。最后，基于Simulink/CarSim建立联合仿真平台，设计多车道，多静/动态障碍的复杂工况以验证该算法的有效性。研究结果表明：由于在评价函数中引入动态安全评价指标、目标车道评价指标以及道路占用率指标，极大地提升了规划器性能，使车辆在行驶过程中根据驾驶环境自主调整速度，降低换道次数，从而保证智能汽车的主动安全性能，提升了通行效率，使该算法能够较好地处理复杂动态环境下的避障问题。     

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。     

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.     

基于改进人工势场的自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划

动态路径规划是自动驾驶汽车避障控制的关键技术。针对自动驾驶汽车弯道超车工况，建立基于改进人工势场(Artificial Potential Field, APF)的动态路径规划方法。为使基于APF的动态路径规划方法能运用于包含弯曲道路的复杂交通环境，将已在直道环境验证过的道路APF函数通过极坐标系与笛卡尔坐标系的相互转换，建立考虑道路曲率的弯曲道路APF函数。针对根据车辆质心位置判断车辆碰撞风险方法存在的缺陷，提出考虑车辆体积的碰撞风险预判方法，建立综合考虑车辆位置、速度和体积的障碍车辆APF函数。基于弯曲道路APF和改进障碍车辆APF，建立道路环境综合APF，引导车辆实现弯道超车。为避免目标函数中子目标相互干涉，提高弯道超车安全性，提出根据本车与障碍车辆相对位置关系自适应调整权重矩阵的方法。基于Carsim/Simulink联合仿真平台，分别在静态障碍车辆和动态障碍车辆2种工况下，验证自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划的有效性。研究结果表明：所建立的弯曲道路APF能引导车辆转弯行驶，避免冲出车道；目标函数权重自适应调整方法能根据超车过程动态调整子目标的权重，规划出符合道路交通安全法规的路径，避免车辆超车时提前折返原车道，提高了超车安全性；考虑车辆体积的障碍车辆APF提高了车辆碰撞风险的预判精度，有效避免碰撞事故发生。     

面向动态避障的智能汽车滚动时域路径规划

为解决城市低速条件下智能汽车在避障过程中的路径规划问题，提出面向动态避障的智能汽车滚动时域路径规划方法。首先，划分车道可行区域，利用3次拉格朗日插值法拟合车道边界，并根据"车-路"的相对位置关系将车道区域进一步划分为车道间区域与车道内区域两部分。其次，以区域虚拟力场进行动态交通场景模拟，包括在障碍车周身沿车道方向的虚拟矩形区域斥力场，行驶目标位置的虚拟引力场和车道保持虚拟区域引力场3个部分，然后结合划分的车道区域确定各虚拟力场的作用区域。再次，建立主车动力学与运动学模型，障碍车运动学预测模型，把主车与障碍车无碰撞，主车行驶在车道内区域，趋向目标位置以及保证车辆稳定性作为优化目标，综合车辆模型的控制输入、状态变量等动力学约束条件，构建多目标的滚动时域控制器用于车辆避障路径规划，求解获得前轮转角作为控制量。最后，利用MATLAB和veDYNA软件对提出的路径规划控制系统分别在静态障碍和动态障碍工况下进行联合仿真。研究结果表明：该方法能够很好地解决躲避静态障碍和低速动态障碍车的问题，控制车辆驶向目标位置，并且在避障过程中满足车辆的动力学约束，同时又不会与道路边界发生碰撞，保证了车辆的安全性和稳定性。     

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...     

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。     

无人驾驶汽车局部路径规划算法研究

无人驾驶汽车局部路径规划算法应确保避障的安全性、实时性和路径的平滑性等。本文提出了一种基于离散优化的局部路径规划算法,即采用代价函数分别评估离散生成的候选路径的安全性、平滑性等,再根据各代价函数加权计算获得局部最佳路径。针对障碍物移动随机性,设计了一种基于运动估计结合高斯卷积的移动障碍安全性代价函数;考虑候选路径曲率的变化及其连续性,设计了路径平滑性代价函数。使用了一种新的坐标转换计算方法将路径从s-ρ坐标系转换到大地笛卡尔坐标系,提高了实时性。最后,利用PreScan和Matlab软件进行联合仿真,并在"远飞"无人车实验平台上进行了真实道路场景的实车实验。实验结果表明:提出的路径规划算法不仅能使无人车安全、合理地规避静止和移动障碍,且完全满足局部路径规划算法对实时性的要求。     

基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶研究

为实现燃料电池汽车在多信号灯场景下的节能驾驶，本文中提出一种基于分层凸优化的快速车速规划和能量管理方法。结合车辆静态氢耗图，运用动态规划获得车辆通过信号灯的最优绿灯窗口，并确定最优行驶路径的搜索区域。建立以车辆需求功率累计最小为优化目标求解车辆加速度的二次规划问题，并运用Matlab/OSQP求解器获取车辆最优行驶路径。根据最优行驶路径，采用基于交替方向乘子法的能量管理策略，实现各动力源输出功率的合理分配。针对9个信号灯场景的仿真结果表明，所提方法的电机工作点平均效率比智能驾驶员模型高10%，氢耗低45%。此外，该方法计算速度快，具备实时优化的潜力。     

自动驾驶车辆的平行泊车轨迹规划

根据对自动驾驶车辆的平行泊车场景的分析,提出一种基于采样的自动驾驶车辆平行泊车轨迹规划方法.该方法把自动驾驶车辆平行泊车的轨迹规划解耦成路径规划和速度规划.通过对泊车起始点区域采样,生成一系列曲率连续、满足路径约束的泊车路径曲线,利用多目标评价函数选取最优的泊车路径.然后,在最优泊车路径基础上,通过对时间采样选取时间最...     

基于MPC的无人驾驶汽车轨迹控制研究

为更好地实现对无人驾驶汽车行驶路径的跟踪修正,基于模型预测算法控制车辆的车速和横摆角。通过建立车辆运动学模型、制定目标函数、确定约束条件,设计出了轨迹跟踪控制器。并通过Matlab/Simulink、CarSim软件搭建模型预测控制算法。结果显示,在预定工况下,车辆参考路径和实际行驶误差较小,并有较好的横向稳定性。结果表明该算法能在一定程度能保证无人驾驶汽车的安全性,为智能车辆控制提供了基础。     

基于贝叶斯概率估计的智能电动车动态目标避障算法

为了实现智能电动车在中汽中心智能网联示范基地内的动态避障,首先将直角坐标系与曲线坐标系进行转换,构建以参考路径的弧长s为横坐标,横向偏移距离q为纵坐标的曲线坐标系;其次,在曲线坐标系中利用三次多项式生成满足初始位姿与子目标点位姿的候选路径,同时对标准化常量的似然函数进行定义,在此基础上利用贝叶斯定理对每条候选路径的危险等级进行概率估计;在动态避障过程中,借鉴速度障碍法对碰撞威胁进行实时检测,并建立最短避障时间和安全距离的数学模型来实现高效的动态避障,最后对行人占用车道行走与横穿马路2种典型场景进行动态避障试验。研究结果表明：在曲线坐标系中,通过横向偏移距离能够便捷地建立起一系列候选路径,克服在直角坐标系中寻找移动子目标点这个难题;在寻找安全路径方面,由于智能电动车工作环境的不确定性,利用贝叶斯定理对候选路径危险等级进行概率计算的方法可靠性更高,速度障碍法与避障数学模型的结合满足碰撞危险检测的实时性和动态避障的高效性要求。试验结果表明：采用曲线坐标系中的动态避障算法对行人占用车道和横穿马路2种场景进行了有效的避障,在路径选择上符合实际驾驶习惯,达到了智能网联示范基地动态避障的要求。