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基于角速度約束的無(wú)人地面車(chē)輛路徑規(guī)劃算法

路徑規(guī)劃算法可以為無(wú)人駕駛車(chē)輛尋找合適的路徑，還有助于保持控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在眾多路徑規(guī)劃算法中，基于柵格地圖的路徑規(guī)劃算法由于其可以保持無(wú)人駕駛車(chē)輛較好的控制穩(wěn)定性，因而得到廣泛應(yīng)用。然而，目前所使用算法生成的歐式群SE （2）柵格地圖沒(méi)有考慮車(chē)輛性能的影響；生成的歐式群SE（3）柵格地圖也僅考慮了車(chē)輛的航向角。此外，這些算法在每個(gè)方向節(jié)點(diǎn)往往產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)角，為了獲得更高的角分辨率，需要對(duì)柵格地圖進(jìn)行放大?；赥heta*算法利用橫擺角速度和航向角給出了一種新的適用于無(wú)人駕駛車(chē)輛的路徑規(guī)劃算法，即ARC-Theta*算法。該算法中通過(guò)限制視線(xiàn)的范圍和約束角速度來(lái)反映車(chē)輛的轉(zhuǎn)向能力，算法中的視線(xiàn)函數(shù)不斷檢測(cè)當(dāng)前的角速度是否超出預(yù)設(shè)的最大角速度，超出時(shí)視線(xiàn)函數(shù)則反饋一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

利用C++軟件和Open CV軟件對(duì)新提出的算法進(jìn)行仿真，同時(shí)模擬Theta*算法和3DA*算法。利用蒙特卡洛算法生成隨機(jī)柵格地圖，隨機(jī)柵格地圖共有500×250個(gè)像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)分辨率為1m，對(duì)每種算法進(jìn)行了2000次不同初始狀態(tài)和目標(biāo)下的模擬，模擬行駛速度范圍為10～20m/s，最大偏轉(zhuǎn)角速度為0.39°/s。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的算法考慮了車(chē)輛性能的影響，與傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法相比縮短了計(jì)算時(shí)間，同時(shí)也提高了車(chē)輛性能。實(shí)車(chē)試驗(yàn)也驗(yàn)證了該算法的有效性。該算法同樣適用于無(wú)人駕駛車(chē)輛的全局路徑規(guī)劃，下一步的研究將該算法應(yīng)用在障礙物是車(chē)輛時(shí)的情況。

刊名：Ocean Engineering（英）

刊期：2014年第84期

作者：Hanguen Kim et al

編譯：王祥