智能車(chē)高速穩定行駛局部路徑規劃算法

　　兩段外切圓弧目標轉向半徑的確定

　　當兩段圓弧外切連接，可采用“弦線(xiàn)法”確定兩段圓弧的切點(diǎn)，如圖8，將圓弧平分為7段，分別連線(xiàn)13，24，35，46，57，68，則有一條弦線(xiàn)與圓弧相交，若沒(méi)有找到交點(diǎn)或找到多個(gè)交點(diǎn)，可將圓弧平分為更多段數進(jìn)行連線(xiàn)，直到僅找到一個(gè)交點(diǎn)為止，近似認為該交點(diǎn)即為切點(diǎn)。將切點(diǎn)作為兩段圓弧的公用特征點(diǎn)，再分別從兩段圓弧上各提取兩點(diǎn)作為特征點(diǎn)，按照一段圓弧圓心位置的計算方法，可分別求出兩段圓弧的圓心位置和半徑，進(jìn)而可分別計算出響應遠端圓弧的目標轉向半徑Rf和響應近端圓弧的目標轉向半徑Rn，如圖9。若響應遠端圓弧的目標圓弧與響應近端圓弧的目標圓弧彎曲方向相反，則選取Rf為目標半徑;否則，即兩者彎曲方向相同時(shí)，當Rf ≤Rn時(shí)，為保證響應近端彎道時(shí)不觸及道路邊界，選取Rn為目標半徑，當Rf>Rn時(shí)，選取Rf為目標半徑。由此可在連續彎道中規劃出一條近似最優(yōu)的通過(guò)路徑。

　　舵機轉角和行駛速度的確定

　　當智能車(chē)行駛速度較高且側向加速度劇烈變化時(shí)，容易出現側向附著(zhù)力不足以提供車(chē)輛所需的側向力的情況。這種情況發(fā)生在前輪，會(huì )造成前輪失去轉向能力;發(fā)生在后輪，則會(huì )造成后輪側滑甚至激轉。由于在智能車(chē)實(shí)際行駛過(guò)程中發(fā)生側滑現象較多，故通過(guò)定圓周實(shí)驗可確定智能車(chē)在一系列不同轉向半徑下確保智能車(chē)不發(fā)生側滑的轉向輪轉角及最高穩定速度，并擬合出轉向輪轉角與轉向半徑及最高穩定速度與轉向半徑之間的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖10、11。因此，在智能車(chē)行駛過(guò)程中通過(guò)路徑規劃計算出目標轉向半徑后，可通過(guò)查表確定期望的轉向輪轉角及最高穩定速度，并通過(guò)PID控制器對舵機和電機進(jìn)行控制。

　　智能車(chē)及無(wú)線(xiàn)傳輸模塊試驗平臺

　　為實(shí)時(shí)監視智能車(chē)運行參數，搭建智能車(chē)及無(wú)線(xiàn)傳輸模塊硬件試驗平臺如圖12。試驗平臺由智能車(chē)和計算機兩部分組成，智能車(chē)是試驗平臺的主體，計算機通過(guò)虛擬儀器語(yǔ)言L(fǎng)abwindows開(kāi)發(fā)的監控程序實(shí)現試驗數據的監控及顯示，兩者之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行數據實(shí)時(shí)傳輸。其中，智能車(chē)部分包括：①傳感器單元，由CCD傳感器，測速編碼器組成;②MC9S12DP512單片機，為智能車(chē)的控制器;③電源管理單元，為智能車(chē)各工作單元提供能源;④動(dòng)作執行單元，由電機驅動(dòng)模塊、電機及舵機組成⑤無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)射端。計算機部分主要由Labwindows監控程序及無(wú)線(xiàn)模塊接收端組成。

　　實(shí)驗結果與比較

　　為驗證算法有效性，搭建實(shí)驗道路如圖13，分別使智能車(chē)采用傳統的跟蹤道路中心線(xiàn)循跡控制算法和采用路徑規劃算法由起點(diǎn)開(kāi)始各逆時(shí)針?lè )较蛐旭傄恢?，兩者皆根據上文中標定?shí)驗分配轉向輪轉向角和車(chē)速，并在行駛過(guò)程中通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊發(fā)送其轉向輪轉角及實(shí)時(shí)車(chē)速，并通過(guò)計算機擬合出轉向輪轉角對比曲線(xiàn)如圖14，車(chē)速對比曲線(xiàn)如圖15。實(shí)驗結果表明，在不觸及道路邊界的前提下，相比傳統的跟蹤道路中心線(xiàn)循跡控制算法，通過(guò)局部路徑規劃算法可以使智能車(chē)在復雜的行駛道路中平均車(chē)速提高大約40%，縮短了智能車(chē)的行駛時(shí)間;轉向輪轉角的絕對值總體上減小大約50%，降低了側向加速度劇烈變化危險工況發(fā)生的幾率，提高了智能車(chē)的高速行駛穩定性。