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太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛路徑規(guī)劃與能源管理的集成

在能源日益緊張的今天，太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛倍受關(guān)注。希望太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛盡可能地減少能源消耗，延長(zhǎng)工作時(shí)間。目前，已經(jīng)提出能源效率路徑規(guī)劃管理、不同路徑下節(jié)約能源消耗管理等策略，用以延長(zhǎng)太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛的工作時(shí)間。這些策略通常是將接收到的太陽(yáng)能分配給電動(dòng)機(jī)，以保證電動(dòng)機(jī)的功率，多余的則對(duì)備用電池進(jìn)行充電。但這些策略沒有考慮車輛執(zhí)行任務(wù)所具有的長(zhǎng)期性，當(dāng)車輛行駛在太陽(yáng)能輻射不均勻的地區(qū)時(shí)，不能建立精確的太陽(yáng)能輻射量估測(cè)模型，因而不能保證對(duì)車輛的持續(xù)操作，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛全局性能的優(yōu)化。針對(duì)此問(wèn)題，提出基于集成路徑規(guī)劃算法和能源管理策略來(lái)解決上述問(wèn)題的方法。

為保證車輛的持續(xù)行駛及對(duì)車輛全局性能的優(yōu)化，必須使太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛所收集的能量大于或等于車輛所消耗的能量。同時(shí)，完成指定任務(wù)所用的時(shí)間最短。對(duì)太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，指出太陽(yáng)能無(wú)人駕駛車輛的運(yùn)動(dòng)形式可以分為3類：直線行駛、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。其運(yùn)動(dòng)曲線也由相應(yīng)的3種形式組成。給出車輛每種運(yùn)動(dòng)類型的特征，以及利用積分函數(shù)計(jì)算各段能量消耗的方程。給出路徑規(guī)劃策略以及太陽(yáng)能收集模型。其中，利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)規(guī)劃后的路徑進(jìn)行了優(yōu)化，由于常規(guī)的粒子群優(yōu)化算法易陷入局部極小點(diǎn)且搜索精度不高，因此對(duì)該算法進(jìn)行了改進(jìn)。在建立太陽(yáng)能收集模型時(shí)，首先建立一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)評(píng)估離散位置處的太陽(yáng)能輻射密度，之后依據(jù)太陽(yáng)能輻射密度建立太陽(yáng)能收集模型。在太陽(yáng)能凈能量變化已知的基礎(chǔ)上，對(duì)路徑規(guī)劃算法與能源管理策略進(jìn)行集成。路徑規(guī)劃盡量在太陽(yáng)能輻射密度高的區(qū)域，此時(shí)降低車速以儲(chǔ)存更多的太陽(yáng)能；在輻射密度低的區(qū)域，提高車速以縮短行駛時(shí)間。通過(guò)仿真和實(shí)車試驗(yàn)對(duì)所建集成模型及優(yōu)化策略進(jìn)行驗(yàn)證。其中，實(shí)車試驗(yàn)在室內(nèi)可控環(huán)境下進(jìn)行，采用高壓鈉燈代替太陽(yáng)能。

Adam Kaplan et al. International Conference on Robotics and Automation, Seattle-May 26-30, 2015.

編譯：王維