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基于自主无人车的全局路径规划与数据驱动横向控制方法研究
| 论文题名： | 基于自主无人车的全局路径规划与数据驱动横向控制方法研究 |
| 关键词： | 自主无人车;全局路径规划;横向控制;数据驱动 |
| 摘要： | 随着以人工智能、新能源等为代表的新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展，智能汽车和新能源汽车已成为全球汽车产业发展的战略方向。抗疫期间，智能汽车技术再次成为热点，无人自动消毒车、无人送餐车等在如校园、景区的特定路网中率先完成应用场景落地。在此背景下，本文以面向校园路网的自主无人送餐车为研究对象，重点研究其全局最优路径规划和横向控制问题，旨在有效规划路网中两地间配送餐食的全局时间最优路径后通过无人送餐车执行路径跟踪任务以实现高效自主送餐。主要开展如下工作： （1）校园路网下无人送餐车的全局时间最优路径规划本质上是基于时变模糊路网的车辆最短路问题（VRP）。本文以重庆理工大学花溪校区为实例背景，在建立时变模糊校园路网模型的基础上，设计自主无人送餐车在一个时间窗内出发的全局时间最优路径问题模型；其次，提出基于改进蚁群算法的问题模型求解方法；最后，以重庆理工大学花溪校区东北2门为起点，东南门为终点进行路径规划实验，得到了12:00~12:03时间窗内出发的全局时间鲁棒最优的送餐路径。采用改进蚁群算法求解时间最优路径时，运算结果与回溯法相同且平均耗时具有明显优势，验证了改进蚁群算法应用于无人送餐车在校园路网下的全局时间最优路径规划的有效性和优越性。 （2）无人送餐车若要在送餐路径上行驶需获取先验位置信息。为此，首先基于LABVIEW设计GPS信号采集与协议解析程序；其次考虑工程应用，提出包括GPS坐标UTM投影和旋转平移方法；再次，提出基于卡尔曼滤波的GPS轨迹去噪方法；最后，将时间最优送餐路径作为实验对象，获得了该路径上的精确路点。 （3）无人送餐车通过跟踪路径行驶以完成送餐任务，因此本文针对无人送餐车的横向控制方法进行研究。首先，确定本文无人送餐车系统控制输入输出量；其次，提出基于未来序列的预瞄策略以确定横、纵向控制目标；最后，考虑到基于模型的控制方法（MBC）难以对无人送餐车精确建模的问题，提出无模型自适应预测横向控制器（MFAPC），并采用差分进化算法（DE）进一步提升控制性能。纵向控制方面，采用BP神经网络和PID控制设计纵向控制器实现速度跟踪。 （4）搭建七自由度无人送餐车动力学仿真模型，选用直线、双移线和全局最优路径三种实验路径，验证DE算法整定下的MFAPC横向控制器在调参效率，横、纵向控制器在控制响应、抗滞后、自适应性等方面的优势及长距离真实GPS轨迹的控制效果。 |
| 作者： | 马凯 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 叶心;姚祖明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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