基于直接配点法的智能汽车避障路径规划研究

针 对 智 能 汽 车 避 障 路 径 规 划 问 题 ,提 出 一 种 基 于 直 接 配 点 法 的 避 障 路 径 规 划 方 法 。 建 立 了 智能 汽 车 的 运 动 学 模 型 、障 碍 车 辆 的 边 界 模 型 、道 路 可 行 驶 区 域 模 型 和 临 界 碰 撞 约 束 条 件 等 ,并 将 智 能 汽 车 的避 障 路 径 规 划 问 题 归 结 为 最 优 控 制 问 题 。 基 于 直 接 配 点 法 将 避 障 路 径 规 划 问 题 中 的 状 态 及 控 制 变 量 离 散化 ,并 基 于 三 阶Ｓｉｍ ｐｓｏｎ 公 式 将 运 动 学 约 束 条 件 转 化 为 节 点 及 配 点 处 的 状 态 及 控 制 变 量 离 散 值 的 等 式 约 束条 件 ,从 而 将 上 述 路 径 规 划 问 题 转 化 为 非 线 性 规 划 问 题 （ Ｎ Ｌ Ｐ ）进 行 求 解 以 得 到 最 优 避 障 路 径 。 双 移 线 工 况下 避 障 路 径 规 划 的 仿 真 结 果 表 明 ,其 求 解 时 间 为 ０．８３ ｓ ,具 有 良 好 的 实 时 性 ,所 规 划 的 避 障 路 径 平 滑 ,对 车 辆初 始 位 置 不 敏 感 ,验 证 了 该 方 法 的 可 行 性 。

Research on Intelligent Vehicle Obstacle Avoidance Path Planning Based on Direct Collocation Method

Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ , ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ．Ｆｉｒｓｔ , ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ , ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ , ｔｈｅ ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｄｒｉｖａｂｌｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ．Ｔ ｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ , ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ．Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｏｒｄｅｒ Ｓｉｍ ｐｓｏｎ ｆｏｒｍ ｕｌａ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔａｔｅ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ , ｔｈｅｒｅｂｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎｔｏ ａ ｎｏｎ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｇｒａ ｍ ｍｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ （ Ｎ Ｌ Ｐ ） ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ
ｐａｔｈ ．Ｔ ｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｌｉｎｅ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｉｓ ０ ．８３ｓ , ｗ ｈｉｃｈ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ．Ｔ ｈｅ ｐｌａｎｎｅｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｐａｔｈ ｉｓ ｓｍ ｏｏｔｈ ａｎｄ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ , ｗ ｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ．