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。     

无人驾驶汽车局部路径规划研究综述

文章针对近年来的无人驾驶汽车路径规划算法进行总结和归纳。首先对目前主流的环境建模方法进行阐述;其次对路径规划算法进行介绍,通过分析其优缺点,指出融合轨迹规划算法具有最好的适用性;最后总结当前研究挑战并提出了相关建议。     

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...     

浅析几种无人驾驶汽车路径规划算法

路径规划是自动驾驶关键技术之一,各种路径规划算法现已不断改进并不断涌现。本文根据全局和局部路径规划对常用路径规划算法进行分类,对几种常用的路径规划算法原理进行介绍,并分析其发展方向。     

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.     

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。     

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。     

无人驾驶汽车路径识别算法研究

主要介绍采用机器视觉的无人驾驶汽车在路径识别方面采用的一种新的路径识别方法,该方法通过摄像头标定、车辆位置和道路位置标定、图像预处理等一系列预先处理方式,结合图像识别中的启发式搜索算法达到准确识别路径的目的。     

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。     

面向车道变换的路径规划及模型预测轨迹跟踪

为解决智能车辆在车道变换过程中的路径规划和路径跟踪问题,首先,利用梯形加速度法设计了车道变换虚拟理想轨迹,该路径规划方法的适应性取决于车道变换时间、横向加速度及变化率等关键变量的约束条件,因而对各关键变量之间的数学关系进行了定量计算,并绘制了不同工况下的车道变换虚拟理想轨迹,用于分析各关键变量对路径规划的影响;其次,建立了线性离散的车辆动力学预测模型,综合分析了车辆模型的控制输入、状态变量以及道路结构参数等约束条件,构建了多约束模型预测控制（MMPC）系统用于车道变换路径跟踪,并基于Hildreth二次规划算法对其目标函数进行了求解,获得前轮转向角控制量,从而保证智能车辆在车道变换过程中的路径跟踪性能及操纵稳定性能;最后,利用MATLAB和Carsim软件对提出的多约束模型预测控制系统进行联合仿真,并构建单约束模型预测控制（SMPC）系统与其进行性能比较,分别对车道变换时间为3 s和6 s时的车道变换性能进行比较分析。结果表明：当车道变换时间为6 s时,2种控制系统都能较好地实现车道变换功能;当车道变换时间为3 s时,与SMPC控制系统相比较,MMPC控制系统能够在有效跟踪期望行驶路径的同时改善车辆的操纵稳定性,从而提高车辆在路径跟踪过程中的主动安全性能。     

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...     

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。     

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....