基于MPC的局部路径规划与路径跟踪控制研究

文章主要针对无人驾驶车辆在进行路径跟踪遇到障碍物时,需要局部重新规划出一条可行路径的问题,首先基于车辆点质量模型的MPC局部路径规划算法,得到满足车辆动力学约束并实现避障功能的局部路径,然后在二自由度车辆动力学模型的基础上基于MPC进行路径的跟踪,最后使用Simulink/Carsim进行联合仿真验证,结果表明基于该局部路径规划与路径跟踪算法能够可靠地规划出避开障碍物的局部路径,实现高速下的路径跟踪。     

车辆导航动态路径规划的研究进展

针对车辆智能导航系统中的交通网络模型、路径规划算法以及交通流预测这三个主要方面的研究现状进行了较为详细的分析。首先着重描述了基于图论的交通路网模型的构建方法;其次分析了Dijkstra算法、Floyd算法、A*算法等经典路径规划算法的性能及研究方向;然后详细介绍了交通流预测方法的研究进展;最后对车辆导航动态路径规划的未来研究方向做了展望。     

自动驾驶车辆循迹路径生成算法研究

在无人驾驶领域中,已经实现了车辆按照已有路径进行循迹无人驾驶,通常已有路径是由车辆实际采集获得。文章采用Matlab编写了循迹路径的生成算法,解决了循迹路线必须由车辆采集获取的问题,使车辆控制更加高效。再循迹路径生成算法中结合了车辆的左右转最小拐弯半径约束和允许倒车的情况,得到了无人驾驶车辆可行驶的路径。最后通过算法生成的路径进行了实车实验,车辆能够按照算法生成的路径进行自动驾驶,最后对算法生成的路径和车辆实际路径进行了对比,验证了算法的可行性。     

自动驾驶汽车路径跟踪控制发展综述

路径算法的研究目的是为了保证自动驾驶汽车能够精确跟踪由决策与规划层给出的参考路径,并确保路径跟踪过程中车辆的行驶稳定性和乘坐安全性。近年来,路径跟踪控制算法的研究成果丰硕,许多学者对现有算法进行优化、创新,诞生了包括系统模型、控制理论、有无前馈信息、行驶工况方面的多种路径跟踪控制算法。通过综述路径跟踪控制算法准确性和行驶稳定性的研究现状,分析2者之间的耦合关系,梳理路径跟踪控制研究历程中各种新旧算法迭代,提出兼顾准确性和行驶稳定性的控制策略,总结自动驾驶汽车路径跟踪控制未来发展趋势。     

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。     

基于预测模型的无人赛车路径规划算法研究

针对无人驾驶电动方程式赛车极限工况下的路径规划问题，提出一种基于预测模型的无人赛车路径规划算法。通过目标函数设计将路径规划问题转化为最优化问题，并将车辆动力学预测模型作为等式约束，依据赛车的稳态行驶特性，构建赛车行驶稳定性组合约束，并综合考虑边界约束，生成满足赛车行驶要求的路径。在不同附着条件下进行了仿真测试，结果表明，在满足实时性要求的前提下，所提出的算法能够有效减小车辆前、后轴侧滑的风险，且在多项指标上优于RRT*算法以及基于三次自然样条曲线的最优二次轨迹规划方法。     

基于熟练驾驶换道特征的车辆换道轨迹规划研究

传统的换道路径规划方法在车辆进行换道路径规划时往往只考虑车辆运动学及动力学约束,所生成的换道路径与熟练驾驶员驾驶车辆的行驶轨迹有很大差别。因此,文章通过研究熟练驾驶员的换道行驶路径特征,提出了一种仿熟练驾驶员换道路径规划方法,能够有效提高汽车舒适性。     

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。     

一种基于轨迹预判的垂直泊车路径规划算法研究

为解决目前量产自动泊车系统泊车成功率低、泊车完成后车辆姿态偏斜等问题，研究搭建基于阿克曼转向几何学和车辆运动学的车辆运动模型，构建基于可行驶区域的栅格电子地图，在几何路径规划方法中融入基于轨迹预判的碰撞约束方法和路径居中算法，采用车辆膨胀轮廓模型，最大程度利用电子地图可行驶区域和保证路径安全性，设计出一种基于轨迹预判的垂直泊车路径规划算法，并通过仿真测试和实车测试验证算法的可行性。该算法可大大提高泊车成功率，能帮助解决泊车完成后车辆偏斜不居中的问题。     

基于人工势场算法的智能车辆路径规划仿真

将人工势场算法运用到智能车辆路径规划中,提出按照正弦避障换道方式以最小安全距离作为对称距离构建障碍点模型的方法,保证局部目标点处于对称轴线上,通过智能车辆行驶速度和转弯半径对转向角进行约束控制。最后,通过Prescan和Matlab软件联合仿真,验证算法的可行性和准确性,仿真结果表明算法能规划出平滑的目标路径,实现智能车辆平稳安全的路径规划与跟踪控制。     

智能汽车换道路径规划研究

换道是智能汽车在道路行驶操作中重要部分之一。传统的换道路径规划方法在进行换道路径规划时往往只考虑车辆运动学及动力学约束,所生成的换道路径与熟练驾驶员驾驶车辆的行驶轨迹有很大差别。因此,文章通过研究熟练驾驶员的换道行驶路径特征,提出了一种仿熟练驾驶员换道路径规划方法,能够有效提高智能汽车舒适性。     

基于动态窗口和绕墙走的自动垂直泊车轨迹规划

针对现有自动垂直泊车轨迹规划因需要轨迹数学模型而灵活性差和采用开环离线规划而无法动态调整路径的问题,提出一种基于动态窗口和绕墙走策略的垂直泊车轨迹规划方法.将轨迹规划问题解耦为与时间无关的路径规划和与时间相关的速度规划,并在分析车辆阿克曼转向特性的基础上,通过绕墙走策略实现无先验轨迹模型的路径规划.同时将绕墙走路径作为全局启发信息,用于驱动基于模型预测控制的动态窗口法进行速度规划,其反馈优化特点能够对路径进行局部动态调整.仿真实验结果表明,该方法能够在控制、定位精度0.2 m的情况下,安全有效地完成车辆垂直泊车,且能动态地对车辆路线进行局部调整.      

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。     

自动驾驶车辆侧向路径跟随控制算法仿真

路径跟随是依照规划轨迹信息通过对执行元件的控制实现沿期望轨迹行驶,控制算法对实现路径跟随非常重要。针对自动驾驶车辆的侧向控制技术,文章研究了基于最优预瞄理论的路径跟随控制,建立车辆二自由度模型和预瞄误差模型,设计模型预测控制（MPC）侧向跟随控制器以提高跟随精度。利用CarSim-Simulink联合仿真,仿真结果表明,该算法策略能稳定跟踪规划路径。     

基于RRT与MPC的智能车辆路径规划与跟踪控制研究

为分析智能车辆实时规划和跟踪控制的相互影响关系,基于改进的快速随机搜索树规划算法(improved-RRT)与线性时变的模型预测控制算法,提出了一种智能车路径规划与跟踪控制系统的构架。首先,采用目标导向、节点修剪、曲线拟合和最优路径选择等方法对基础RRT规划算法进行改进,保证规划路径满足车辆运动学约束并趋近最优解。然后,基于线性时变模型预测控制算法,实现智能车对期望路径的稳定控制。硬件在环仿真结果表明,车速为36 km/h,规划步长为2 m,规划周期为0.1 s时,侧向加速度小于0.2g,满足安全性和实时性要求。最后,分析了车速、规划步长和规划周期等因素对实时规划和稳定跟踪的影响。     

基于遗传算法的3L-CVRP优化问题研究

为提高物流配送效率,降低配送成本,探讨了三维装箱约束下的车辆路径优化问题.在装箱问题与车辆路径优化问题研究现状的基础上,将三维装箱与车辆路径优化进行整合,考虑客户需求、货物装载顺序、车辆尺寸、车辆重心等约束,建立以路径最短、车辆装载容积利用率和载重率最大的多目标组合优化模型,引入权重系数体现决策者偏好并归一化目标函数.设计适用的染色体编码规则,确定遗传操作中选择、交叉、变异方法,选取目标函数为适应度函数,引入最优个体保存策略防止算法的过早收敛,提高算法的准确性,通过Matlab编程实现该优化模型的求解.案例数值试验表明,该模型与算法能够实现装箱与车辆路径的组合优化,算法运行时间为17s左右,相较于引导式局部搜索遗传算法减少了5 s,车辆总行驶里程缩短了7 km.      

基于改进RRT*算法的自动驾驶车辆路径规划研究

针对自动驾驶车辆,文章在交叉路口环境下提出了一种改进的快速搜索随机树(RRT*)路径规划算法。首先,对自动驾驶车辆的驾驶行为环境予以描述;其次,针对原始RRT*算法提出改进的目标偏向策略予以改善;进一步,对原始RRT*算法在交叉路口无效采样的问题,提出一种概率采样策略。基于Matlab/Simulink联合仿真平台构建相应环境使进行车辆直行驾驶,所规划路径长度为100.35m,仿真时长为5.71s。     

无人驾驶电动赛车路径跟踪控制研究

针对大学生无人驾驶方程式大赛,采取纯跟踪算法用来跟踪规划好的路径。该算法属于前馈控制,基于几何原理得出前轮转角,用于控制车辆转向,跟踪参考路径。同时分析了全局坐标系和车辆坐标系之间坐标转换的原理。在MATLAB/SIMULINK环境下进行对无人驾驶赛车的路径跟踪仿真。仿真结果表明:该算法能较好地跟踪路径,且能保证一定的赛车行驶稳定性。     

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。     

智能网联汽车运动规划方法研究综述

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。