基于复合动态采样的自动驾驶矿车节能路径规划方法

近年来,考虑安全与效率的自动驾驶矿车路径规划方法已逐渐成熟,并在多种矿山场景落地应用。与此同时,产业界和学术界也开始关注如何利用路径规划提升矿车的燃油经济性。针对这一需求,本文提出了一种矿山场景下的自动驾驶矿车节能路径规划方法,其主要特点是根据车速、道路坡度及障碍物进行S-L（进度-偏离）和S-T（进度-时间）的复合动态采样。针对矿山典型地形场景,建立了矿车燃油消耗指标,提出了安全性-运行效率-能耗综合路径评价模型;为了防止评价模型的各项权重陷入局部最优,设计了基于模拟退火策略的粒子群自适应优化方法。在矿山实际场景的测试中,本研究提出方法较现有方法在燃油经济性指标上平均提升了11.28%。     

自动驾驶汽车轨迹规划方法综述

作为自动驾驶车辆的重要组成部分,轨迹规划是影响自动驾驶智能化水平的关键。综述10年来智能驾驶车辆轨迹规划方法并将这些算法分为基于图搜索、基于采样、基于数学优化、曲线插值和机器学习5类。针对每类算法进行了阐述,阐述算法在实际场景中的应用并分析了其优缺点。最后指出了目前依然存在的问题和挑战,并总结了未来研究发展方向。     

基于混合A*和可变半径RS曲线的自动泊车路径优化方法

路径规划是自动泊车系统的重要组成部分,是确保泊车运动安全、缩短行车距离、提高乘坐舒适性的关键。而当前自动泊车规划系统往往面临行驶空间狭小、障碍物多、路径搜索难度大等技术挑战,同时搜索曲线半径固定容易导致路径接点处曲率不连续,增大了路径跟随控制难度和轮胎磨损程度,这些都提升了泊车路径规划的研究难度。针对以上问题,设计可变半径的Reeds-Shepp曲线,提出基于混合A^*和该曲线的自动泊车路径规划方法,通过调整曲线半径,提升其在复杂场景下路径的搜索能力和灵活性。随后,设计基于分段贝塞尔曲线和梯度下降的路径优化方法,利用其多阶导数连续的优势优化已搜索的路径曲率,并采用梯度下降来保证路径曲率大小和对障碍的规避,解决直线与圆弧相接等位置曲率变化不连续的难题。结合路径搜索与路径优化的泊车规划方法能够切实满足复杂场景下的泊车需要。最后,基于团队自主研发的PanoSim虚拟系统与MATLAB搭建联合仿真环境,针对多种自动泊车工况测试验证提出的方法。研究结果表明：调整Reeds-Shepp曲线的搜索半径进行全局路径搜索,可获得更短和更易跟随的路径,具有良好的灵活性;基于贝塞尔曲线和梯度下降法的路径优化可有效消除曲率突变点、约束路径曲率并保证对障碍的无碰撞要求。     

基于轨迹规划的自动驾驶控制策略研究

本文在全局轨迹规划基础上,研究自动驾驶系统在轨迹跟随控制中的需求,通过轨迹提取算法充分获取轨迹信息,并设计纵/侧向控制策略实现自动驾驶车辆沿预设轨迹完成驾驶任务。通过实际道路测试,本文提供的方法能够很好地控制自动驾驶车辆循轨迹行驶,过程中纵向车速、转向盘转角的决策与人工驾驶时驾驶员决策结果保持了高度的一致性,满足自动驾驶纵侧向控制的需求。     

面向自动驾驶的仿真场景自动生成方法综述

随着自动驾驶测试验证对虚拟仿真场景依赖程度的增加,传统基于专家经验的场景枚举生成方法已无法满足测试需求.数字虚拟仿真场景自动生成方法在场景多样性、危险性、可解释性、生成效率等方面存在巨大技术优势,是提高汽车自动驾驶技术测试验证安全性和可靠性的关键,已成为当前汽车智能化领域的研究热点.在广泛调研场景自动生成方法领域研究成...     

基于DBSCAN与二分法的混合A*路径规划方法EI北大核心CSCD

在多障碍物非结构化场景中,传统混合A*算法存在计算效率低、路径平滑性差的问题。针对该问题,本文提出了一种基于密度聚类算法(density-based clustering,简称DBSCAN)与二分法的混合A*路径规划方法。首先,设计基于DBSCAN算法的障碍物聚类方法,简化多障碍物非结构化场景,避免混合A*算法在类U形障碍物群附近的无效节点拓展,有效提高算法效率。然后,提出基于二分法的状态节点拓展策略,能够在不显著增加混合A*算法计算复杂度的前提下,搜索出一条更平滑的路径。最后,基于MATLAB进行仿真。结果表明,在多障碍物非结构化场景中,本文提出的改进混合A*算法可以显著提升计算效率并改善路径平滑性。     

基于动态博弈算法的切入场景下自动驾驶车辆运动规划研究

鉴于在车辆换道切入的场景中，自动驾驶车辆容易出现频繁的误减速、误避让，而造成通行能力和乘员舒适性的下降，提出一种基于主旁车动态博弈的切入场景决策规划算法。在行为决策层，根据切入场景中主旁车的冲突性关系，联立相关车辆运动方程建立整体系统的运动模型，构建考虑旁车状态的切入博弈模型，设计安全性和舒适性收益函数，进行驾驶行为博弈，输出行为决策结果。在轨迹规划层，根据车辆间距构建避障约束条件，以Sigmoid函数轨迹的变曲率和速度切向矢量的时间分量来构建车辆动力学约束。同时以加权收益方式联合考虑驾驶习惯和舒适性等需求，建立轨迹规划数学模型，求解得到满足上层博弈决策要求的运动轨迹。Carsim-Simulink联合仿真结果表明，在不同的初始条件下主车与切入的旁车能进行多种形式的合理的交互决策，准确完成切入场景下的运动规划任务，车辆能准确跟踪输出的轨迹，更符合一般驾驶习惯，提高了车辆的舒适性。     

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...     

自动驾驶车辆避障轨迹规划

目前无人驾驶发展迅速,城市运营环境中避障轨迹规划是核心问题之一,如何避免轨迹离散优化过程中可能出现的角碰等状况逐渐成为研究热点。文章比较了轨迹规划中坐标系的优缺点并选取笛卡尔坐标系,提出考虑自车形状的车辆模型,在车辆模型基础上结合新的障碍物边界处理方法进一步排查可能的碰撞危险区域,以起到简化环境信息避免进行碰撞检测、减少规划耗时的效果。结合自车与周围障碍物位置关系,文章提出通过使用运动走廊,结合MinimumSnap最优化理论进行硬约束轨迹优化,最后通过仿真验证证明该方法可行,并且能够有效满足避障场景下安全性和舒适性要求。     

面向高速公路车辆切入场景的自动驾驶测试用例生成方法

为在自动驾驶汽车基于场景的测试中生成涵盖相应场景中复杂多变的真实交通运行过程的测试用例,从highD数据集中提取车辆切入场景的多个实际样本,通过分析运动参数和参与车辆之间的位置关系,建立车辆切入场景的描述模型,根据切入点的碰撞时间评估该方案的风险程度,并结合描述模型中参数的分布,采用蒙特卡罗方法生成测试用例。结果表明,生成的车辆切入测试用例能够覆盖所有风险等级,可较好地支持自动驾驶测试。     

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.     

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。     

利用激光点云的城市无人驾驶路径规划算法

为了解决随机采样算法受感知环境不确定性影响下的弱鲁棒性以及弱可靠性问题，采用一种基于激光空间势场的渐优随机采样算法框架来设计符合无人驾驶需要的规划算法。针对感知环境的不确定性，首先基于势场原理与激光障碍物点云构建一个融入了斥力场的规划空间，解决激光障碍物提取中的过分割等问题。其次，利用规划空间来处理随机采样算法中的采样策略、最优母节点选取策略、修剪策略以及最终路径选择策略。再次，在算法中加入了Anytime策略来提高优化解的利用率，使得算法的计算效率满足无人驾驶实时性的要求。同时，为了保证无人驾驶中规划路径的鲁棒性与可靠性，创建了一个综合5重因素的代价函数来选择最优路径，并根据不同的无人驾驶场景来调整相对应的参数；最后在城市测试道路上进行了实地测试。结果表明：设计的算法框架能够适应最高时速40 km·h^-1的城区驾驶环境，并能完成跟驰、换道、融入以及静动态障碍物的避障决策。在与SST算法的对比试验中，所提出的算法在各个试验中的轨迹、方向盘转角以及速度的平滑性都优于SST算法，其轨迹与障碍物的距离也优于SST算法。     

基于弹性绳理论的自主车辆防碰撞的路径规划

基于人工势场的引导策略,通过建立包括车道边界和障碍车的道路危险势场,采用弹性绳模型实现了车辆在高速公路上的车道保持和紧急避障功能。为了保证车辆在高速情形下避障的安全性,在障碍车辆原有势场基础上,在障碍车辆的前后各增加一个引导势场,使车辆能够提前避障,从而避障过程更安全。再结合Carsim仿真,在车辆的路径跟随过程中观察主车的横摆角速度的变化来判断车辆的稳定性。对直道和弯道两种情形进行避障仿真对比分析,结果表明:在障碍车辆前后添加引导势场能提前避障,从而使避障过程更安全。     

基于不同风格行驶模型的自动驾驶仿真测试自演绎场景研究

为了验证自动驾驶汽车决策结果的安全性,提出一种具有自主决策和交互能力的行驶模型生成方法,该行驶模型作为背景车被用于构建自演绎仿真场景来测试自动驾驶汽车的连续决策能力。首先,以强化学习为基础、结合遗传与进化思想,创新地设计并生成了具有自主决策和交互能力的不同风格行驶模型;然后,在模型构建阶段分别训练生成了保守、普通和激进3种风格的行驶模型,其中普通风格行驶模型的训练参数来源于自然驾驶数据集highD的车辆参数分布,保证了该行驶模型的真实性;最后,在普通风格行驶模型的基础上设计并训练出了具有显著激进特征的激进风格行驶模型,以增强自演绎场景的复杂性和测试效果。结果表明：在模型真实性方面,以highD数据集中的跟车速度、车头间距、换道时刻下碰撞时间等参数的分布为真值,研究所生成的普通风格行驶模型的参数分布与真值的平均相似程度为88%,相较于基于规则的智能驾驶人模型（IDM）提升了20.3%;在场景测试性方面,以被测系统为主要责任方的碰撞次数为评估指标,研究生成的不同风格行驶模型所构成的自演绎场景的测试性约是由IDM构成的基线场景的7倍。因此,设计和生成的行驶模型所构成的自演绎场景可以有效支撑面向自动驾驶决策系统的仿真测试。     

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。     

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...     

基于安全域的局部路径规划优化算法

为了对传统最优轨迹生成算法进行优化,提出"安全域"这一新概念,旨在客观表征车辆行驶过程中车、人、路等交通要素对行驶安全的影响.提出量化安全域参数的方法并成功应用于传统最优轨迹生成算法的优化,优化方法是在传统最优轨迹生成算法代价函数的基础上,考虑主控车辆周围动态环境的安全因素,把轨迹控制周期内每一时刻主控车辆与其他交通参...     

智能网联汽车运动规划方法研究综述（双语出版）

分析了近年来智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，ICV）运动规划方法的研究，根据规划时空尺度和任务目标，将ICV运动规划细分为路径规划、路线规划、动作规划和轨迹规划4级子任务，回顾了各级子任务中智能网联技术的研究和应用现状；探讨了ICV中驾驶人行为特性及其对运动规划结果的影响；从技术背景、研究场景、算法流程和应用理论4个方面，提出ICV运动规划方法研究的未来发展方向。结果表明：由于ICV主要依赖车辆网联信息规划运动路径，而路网中同时存在不同网联等级的ICV，这将增加路径规划问题的求解难度；现有ICV路线规划模型较少考虑周边多车运动状态以及路段车道设置情况，将现有算法与微观交通流模型相结合有助于解决此问题；ICV中人机协同及任务切换领域已出现诸多研究热点，如城市道路上换道与转弯动作规划、ICV引导非网联车辆行驶等问题；借鉴驾驶人行为模式规划ICV运动轨迹已成为研究共识，但是车-车、车-路网联信息在此领域的应用仍然有限；采用反馈-迭代的方法进行ICV运动路线和动作协同规划、运动规划和轨迹跟踪控制有助于获得全局最优的运动规划结果和车辆控制策略；根据具体规划任务特点选择构建ICV运动规划模型的基础理论，有助于发挥各类理论的优势，提升规划算法的灵活性和适用性。