針對(duì)非結(jié)構(gòu)化道路下輪式無人車輛的避障問題,提出一種基于模型預(yù)測(cè)控制的避障算法。在沒有離線地圖和參考軌跡的非結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景下,通過優(yōu)化方法直接獲得車輛運(yùn)動(dòng)的軌跡、前輪轉(zhuǎn)角與參考縱向加速度,同時(shí)滿足車輛運(yùn)動(dòng)約束與避障功能。利用車輛感知信息,根據(jù)非結(jié)構(gòu)化道路場(chǎng)景將避障問題劃分為分段最優(yōu)控制問題;明確最優(yōu)控制問題各段的車輛約束與評(píng)價(jià)指標(biāo),并將約束轉(zhuǎn)換為與車輛橫縱向控制相關(guān)的形式,進(jìn)而對(duì)最優(yōu)控制問題進(jìn)行求解。實(shí)車測(cè)試結(jié)果表明,該算法在非結(jié)構(gòu)道路中實(shí)現(xiàn)了軌跡規(guī)劃,規(guī)劃結(jié)果滿足車輛約束并使得車輛實(shí)現(xiàn)避障。

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【部分圖文】：

圖1基于MPC的避障算法框架

圖2所示為分段最優(yōu)控制問題原理，被控對(duì)象在不同的時(shí)間段內(nèi)，有不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)、目標(biāo)值與約束，分段最優(yōu)控制問題的構(gòu)建要針對(duì)具體問題，選定某種規(guī)則進(jìn)行分段，紅色圓圈標(biāo)注區(qū)域?yàn)榉侄芜B接區(qū)域，Tp為控制時(shí)域。在車輛運(yùn)動(dòng)過程中，車輛運(yùn)動(dòng)的可通行區(qū)域范圍隨著車輛位置改變而改變，以車輛在局部地圖....

圖2分段最優(yōu)控制問題描述

圖1基于MPC的避障算法框架按照車輛運(yùn)動(dòng)的位置，將軌跡規(guī)劃問題構(gòu)建為分段最優(yōu)控制問題，由(1)式～(9)式描述。

圖3代價(jià)函數(shù)參數(shù)示意圖

在局部地圖坐標(biāo)系OSXSYS下，x和y分別表示車輛橫縱坐標(biāo)，xg和yg分別表示目標(biāo)點(diǎn)橫縱坐標(biāo);γ0為目標(biāo)點(diǎn)方位角;φ為車輛航向;u為車輛縱向速度;ut為車輛行駛的期望速度;xref和yref分別為參考點(diǎn)橫縱軸方向坐標(biāo);ω為車輛橫擺角速度。圖3中v為車輛橫向速度。2.2車輛動(dòng)力學(xué)....

圖4輪式無人車輛動(dòng)力學(xué)模型

對(duì)于本文針對(duì)的避障問題，只考慮車輛前進(jìn)方向半圓周內(nèi)的情形，記車輛最高縱向速度約束為umax，車輛最高橫向速度約束為vmax，車輛最高橫擺角速度為ωmax，則:(14)式與(15)式表示了車輛狀態(tài)量約束，無窮作為約束界限表示該狀態(tài)量不需要進(jìn)行約束。

本文編號(hào)：3971595