无人驾驶清扫车运动规划与实验研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiaojiao82
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随着中国经济的快速发展以及《中国制造2025》的发布实施,无人驾驶汽车逐步步入人们的视野,智能网联汽车是大势所趋,无人驾驶蓄势待发,近些年来,国内外的学者纷纷投入无人驾驶相关方向进行研究、实验,其中运动规划是研究的难点,无人驾驶汽车的运动规划技术涉及到汽车工程、计算机领域、机器人领域、信息技术等多个领域,因此,研究无人驾驶运动规划具有一定的挑战性,也十分的重要。本文依托于某企业提供的实车平台,以铰接式无人驾驶清扫车为研究对象,考虑其运动学约束、作业指标等要求,对铰接式清扫车的无人驾驶方案和运动规划进行了研究和设计。本文研究工作如下:针对铰接式无人驾驶清扫车的低成本、贴边行驶的特点,设计无人驾驶方案,构建软硬件平台架构,明确运动规划的研究内容和设计要求,基于铰接式车辆的特点设计一种运动规划框架,这种运动规划方法主要包括基于模型预测的轨迹生成以及基于改进梯形速度规划两部分内容,将轨迹规划分解为空间轨迹生成与速度曲线后再进行耦合,输出最优轨迹。接着针对清扫车贴边行驶和铰接式车辆的特点,分析车辆的约束,设计基于参考路径的终端采样,利用车辆模型通过模型预测轨迹生成的方法生成大量轨迹簇,预存轨迹在离线查找表并从中获取初始猜测,在进行轨迹规划时根据初始猜测生成轨迹簇,再结合清扫车作业的实际情况,构建轨迹评价函数以选取最优轨迹,改善轨迹规划的结果,确保所选轨迹的安全性、可行性、实时性。同时基于上层轨迹规划,设计一种基于自适应预瞄距离的轨迹纯跟踪控制系统,使清扫车稳定、快速的跟踪期望轨迹。之后将速度从轨迹规划中分解,对清扫车单独进行速度规划,分析速度规划中所受约束,基于梯形速度规划的优势,采用参数化三阶贝塞尔曲线对加速减速段进行改进,针对动态障碍物进行分析和处理,随后设计基于抗积分饱和PID纵向速度控制器,分析加速制动切换策略,使车辆平滑、实时跟踪期望速度。最后,依托于企业的实车平台,设计测试场景工况和实验方案,在多工况下对铰接式无人驾驶清扫车运动规划方法进行实车验证和分析,实验结果表明所设计的运动规划方法生成的轨迹安全性高,实时性和适应性较好,能够满足清扫车低速、稳定的贴边行驶作业要求。
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