自主车辆的路径规划

论文摘要

随着现代技术的发展,自主车辆的研究越来越受到广泛的关注,自主车辆研究已经成为人们研究的热点之一。自主车辆技术是一项有着广阔应用前景的高新技术,从工业制造领域到军事侦察、核工业、航空航天、服务业、医疗器械、基因工程等诸多领域,自主车辆技术都大有发展空间。路径规划问题是自主车辆研究中一个最基本最关键的课题。本文首先介绍了自主车辆的国内外发展现状,组成原理和主要关键技术。接着又着重介绍了路径规划常用的方法,及其优缺点并阐述了路径规划的发展趋势。本文详细介绍了人工势场法和势场栅格法的基本原理,并针对自主车辆的路径规划问题,通过阅读大量的国内外文献,在考虑到自主车辆本身的操纵稳定性的基础上,针对势场栅格法存在的问题进行了改进。将模糊决策和势场栅格法有机的结合起来,首先用栅格法对自主车辆工作的环境进行栅格划分,栅格的大小依照的是自主车辆自身的尺寸;接着将A*算法与势场法结合起来形成启发函数,并用启发式函数确定栅格的CV值,由此建立起了完整的势场栅格法的基本框架和模型;最后再将三者与模糊决策结合起来,引入航向角的概念,建立CV值和航向角的隶属度函数,最后选择隶属度函数最大的值作为到达目标点的子目标点,对该算法在MATLAB中进行了仿真,该方法继承了人工势场法计算简单、实时性好的特点。通过模拟仿真,并与其它路径规划方法进行比较,仿真结果证明了本方法的有效性和优越性。最后在势场栅格法的基础上,提供了动态环境下的解决方法。本课题的研究是基于河北省自然科学基金资助项目No.E2008000098的基础之上而进行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 概述
• 1-1-1 本课题研究的目的、意义及其来源
• 1-1-2 自主车辆概述
• 1-1-3 自主车辆的国内研究现状
• 1-1-4 自主车辆的国外研究现状
• §1-2 自主车辆的组成、原理及其关键技术
• 1-2-1 自主车辆的组成和原理
• 1-2-2 自主车辆的主要关键技术
• §1-3 本论文研究的主要内容
• 第二章 自主车辆的路径规划方法
• §2-1 引言
• §2-2 全局路径规划方法
• 2-2-1 栅格法
• 2-2-2 拓扑法
• 2-2-3 可视图法
• §2-3 局部路径规划算法
• 2-3-1 遗传算法
• 2-3-2 神经网络算法
• 2-3-3 模糊逻辑算法
• 2-3-4 人工势场法
• §2-4 路径规划算法的发展趋势
• §2-5 自主车辆的操纵稳定性
• §2-6 本章小结
• 第三章 模糊决策和势场栅格法的基本原理
• §3-1 引言
• §3-2 模糊决策
• 3-2-1 隶属度函数
• 3-2-2 隶属度函数的建立方法
• 3-2-3 隶属度函数图形分布的常用形式
• §3-3 势场栅格法
• 3-3-1 人工势场法的基本理论
• 3-3-2 栅格法基本原理
• 3-3-3 栅格地图的建立和初始化
• 3-3-4 自主车辆运动模型的建立
• 3-3-5 检测障碍物在栅格地图中的定位
• §3-4 A*原理
• §3-5 势场栅格值的确立
• §3-6 各个系数的选取原则
• §3-7 势能图的建立
• §3-8 本章小结
• 第四章 基于模糊决策的改进势场栅格法的路径规划
• §4-1 引言
• §4-2 模糊决策和多属性决策
• §4-3 势场值和航向角的计算
• §4-4 势场值和航向角的归一化
• §4-5 隶属度函数的建立方法
• §4-6 避障轨迹的算法
• §4-7 实验仿真
• 4-7-1 在狭窄通道的情况下
• 4-7-2 U 型迷宫环境下的仿真结果
• 4-7-3 长壁环境
• 4-7-4 杂乱无章的环境下
• 4-7-5 目标点不可达的情况
• 4-7-6 随机条件下的仿真结果
• §4-8 障碍物运动情况下的路径规划
• 4-8-1 速度的选择性避障
• 4-8-2 相对速度的求取
• 4-8-3 选择性避障
• 4-8-4 避障区的划定
• §4-9 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果