A nonlinear model predictive control formulation for obstacle avoidance in high-speed autonomous ground vehicles in unstructured environments

This paper presents a nonlinear model predictive control (MPC) formulation for obstacle avoidance in high-speed, large-size autono-mous ground vehicles (AGVs) with high centre of gravity (CoG) that operate in unstructured environments, such as military vehicles. The term ‘unstructured’ in this context denotes that there are no lanes or traffic rules to follow. Existing MPC formulations for passenger vehicles in structured environments do not readily apply to this context. Thus, a new nonlinear MPC formulation is developed to navigate an AGV from its initial position to a target position at high-speed safely. First, a new cost function formulation is used that aims to find the shortest path to the target position, since no reference trajectory exists in unstructured environments. Second, a region partitioning approach is used in conjunction with a multi-phase optimal control formulation to accommodate the complicated forms the obstacle-free region can assume due to the presence of multiple obstacles in the prediction horizon in an unstructured environment. Third, the no-wheel-lift-off condition, which is the major dynamical safety concern for high-speed, high-CoG AGVs, is ensured by limiting the steering angle within a range obtained offline using a 14 degrees-of-freedom vehicle dynamics model. Thus, a safe, high-speed navigation is enabled in an unstructured environment. Simulations of an AGV approaching multiple obstacles are provided to demonstrate the effectiveness of the algorithm.     

自由飞行环境中飞机对导弹的规避方法*

在当今空战情况下,导弹对于飞机的威胁愈发增长。为避免发生飞行冲突,需要飞机驾驶员适当改变航行诸元,但是由于导弹的速度在一般情况下远远大于飞机速度,且发现时双方距离较近,留给驾驶员的反应与操作时间较少。文章采用速度矢量三角形分析法,在二维平面上分析了飞机对于导弹的规避方法,提出了综合调整航向和航速冲突的方法。     

环形交叉口评价指标选取及服务水平分级

对环形交叉口的车辆运行特性进行理论分析的基础上,结合不同类型交叉口的特点,确定了车辆平均延误和冲突数作为环形交叉口服务水平的评价指标,接着通过VISSIM软件仿真得到了环形交叉口两个指标随V/C增加的变化规律,从而确定低负荷下采用车辆平均延误作为主要评价指标,高负荷下采用冲突数作为主要评价指标,最后,借鉴HCM2000...     

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.     

基于OBB算法和前向预防的快速碰撞检测

为提高虚拟装配系统碰撞检测的实时性和真实感,提出了一种基于前向预防的虚拟装配中的防穿透方法,应用方向包围盒(OBB)算法和分层检测机制进行快速碰撞检测,较精确地实现了虚拟装配中虚拟手的抓取释放和防止穿透,克服了虚拟抓取操作中的失真问题.借助数据手套和六自由度跟踪仪,在半沉浸式虚拟装配系统中,针对场景规模较大的电机壳体模具,应用快速碰撞检测算法进行了装配仿真.结果表明,该虚拟装配系统的碰撞响应时间达到毫秒级,没有穿透现象产生,具有较理想的操作真实感.     

对船舶间“避碰协议”性质的分析

现通行的观点认为,船舶间通过VHF进行联系,达成了避让的“协议”,分为“协议避碰”和“协议背离”两种情况.在实践中,时有因两船间的这种“协议”而导致了碰撞事故的发生,在分析和归责的过程中形成了两种不同的观点,导致了碰撞责任分析和分摊的巨大争议.通过对这些争议的分析,将其归纳为“承诺履行说”和“规则至上说”.根据长期的航海实践和对碰撞事故处理的实践,就如何理解这种船舶间协调避让一致的意见的性质,这种避让行为的协调在归责中的地位和作用如何等,进行了分析,表达一些不同的观点,以期达到正确理解和履行这种船舶间协调的意向,真正起到避免碰撞的积极作用.     

道路交通次级冲突的研究分析

介绍了次级冲突的定义和分类,分析了次级冲突的产生、传播和消散的过程,把次级冲突的传递看做是一种波的传播,主要研究了首部车辆和次级冲突车辆之间的间距和速度等状态。当加速波大于减速波时,该次级冲突的影响就会消散;并提出了一种基于交通波传递和消散的计算方法,用于计算次级冲突的影响车辆数,在此基础上采用调查方法来实现这一计算方法。同时该影响范围可以为交通冲突的严重性的判断提供一个科学定量的参考依据。     

基于轨迹数据的非机动车道内冲突事件自动识别与可视化

准确识别非机动车道内的交通冲突事件既是量化评价非机动车道安全水平的基础,也是剖析与理解非机动车道内运行风险产生与发展过程的重要前提.基于轨迹的交通冲突识别与分析技术已被运用于城市交叉口处机动车之间以及机非之间的交互安全分析,但目前鲜有聚焦非机动车道场景内交通冲突事件的分析方法.针对该问题,提出一种基于个体的(Agent...     

基于横向安全距离模型的主动避障算法

现有的安全距离模型是基于纵向相对车速或减速度值建立的,没有考虑移动目标的横向运动特性。本文利用移动目标横穿马路的速度、相对位置,建立横向安全距离模型,并提出一种基于横向安全距离模型的主动避障算法。首先,根据横向移动目标横穿马路的速度、相对位置和自车的制动距离建立横向安全距离模型,设计主动避障算法。接着,为计及路面条件对制动效果的影响,引入当前行驶路面估算的附着系数峰值估算最大制动减速度,约束目标避障减速度,并调整制动强度,以适应不同路况的安全避障行驶。最后,以典型横向移动目标骑行者作为研究对象,通过PreScan/Simulink/CarSim联合仿真验证避障算法的有效性。结果表明:基于横向安全距离模型的主动避障算法能有效避免与骑行者碰撞,提高行车的主动安全性。