一種即時(shí)建模的車輛避障方案

方良柯 黃中友 張永棠

摘 ?要：為縮短汽車對(duì)障礙物的識(shí)別時(shí)間，實(shí)現(xiàn)汽車避障的即時(shí)控制，提出了一種基于大數(shù)據(jù)和即時(shí)建模的汽車避障控制新方法。應(yīng)用即時(shí)建模技術(shù)，將一個(gè)包含大量不同情況下駕駛數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)視為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，提取數(shù)據(jù)計(jì)算控制輸入中的增益和控制時(shí)間，達(dá)到避讓障礙物的目的。數(shù)值分析表明，該方法省去了復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，只需簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算和排序，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，具有計(jì)算時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程;大數(shù)據(jù);即時(shí)建模;汽車;避障控制;自動(dòng)控制

1 問(wèn)題描述

在本節(jié)中，將介紹汽車避障控制問(wèn)題的問(wèn)題表述。本研究將二維平面上的下一個(gè)非完整汽車模型視為汽車的數(shù)學(xué)模型：

?????????????????（1）

其中是汽車的中心點(diǎn)，是汽車的航向角。另外，，是控制輸入，如圖1所示，其中?是航向角方向的速度，是角速度。

接下來(lái)，我們對(duì)障礙物的設(shè)置進(jìn)行描述。假設(shè)障礙物的形狀是圓形的，并且障礙物的半徑，障礙物的中心位于軸的坐標(biāo)點(diǎn)為，且。如圖1所示。

假設(shè)控制輸入，以下列形式表示：

??????????（2）

其中是汽車的恒定速度，是增益，是避讓時(shí)間。必須注意的是，如果將式（2）的控制輸入應(yīng)用到式（1）的汽車數(shù)學(xué)模型。也就是說(shuō)，汽車以避開(kāi)障礙物的方式行駛，然后返回軸。

在本研究中，我們考慮了以下汽車避障控制問(wèn)題。即：對(duì)于一組給定數(shù)據(jù)，汽車速度和圓形障礙物，，在式（2）中找到控制輸入的增益和避讓時(shí)間，這可以避免汽車與障礙物的碰撞。如果增益和避讓時(shí)間的值不適合，則汽車與障礙物碰撞。為此，我們將研究一種基于即時(shí)建模的新方法，作為上述避障問(wèn)題的解決方案。

2 建模概述

在本節(jié)中，將開(kāi)發(fā)一種基于即時(shí)建模的汽車避障控制的新方法。首先，對(duì)即時(shí)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，具體即時(shí)建模算法的實(shí)現(xiàn)步驟：（1）構(gòu)造一個(gè)包含系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。（2）為了計(jì)算查詢數(shù)據(jù)的輸出，提取查詢數(shù)據(jù)的一些鄰域數(shù)據(jù)。（3）從獲得的鄰域數(shù)據(jù)導(dǎo)出查詢數(shù)據(jù)的局部線性模型。（4）使用局部線性模型，計(jì)算查詢數(shù)據(jù)的輸出。

即時(shí)建模的優(yōu)點(diǎn)：我們不推導(dǎo)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它不僅適用于線性系統(tǒng)，而且適用于非線性系統(tǒng);并且可以減少查詢數(shù)據(jù)輸出的計(jì)算量。

3 數(shù)值模擬

通過(guò)數(shù)值模擬及仿真，證實(shí)所提方法的有效性。首先，構(gòu)建了用于即時(shí)建模的汽車避障的數(shù)據(jù)庫(kù)。為了構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，將輸入數(shù)據(jù)的范圍設(shè)置為1。

我們將汽車的參數(shù)設(shè)定為，。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造，增益的范圍設(shè)置為，，，控制時(shí)間的范圍也設(shè)置為，，。

應(yīng)用本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)及提出的算法，按照表1的仿真參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行了6次數(shù)值模擬及仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。從圖上汽車在xy平面上的軌跡可以看出，汽車可以在各種情況下避開(kāi)障礙物。同時(shí)也證明了所提出的控制方法計(jì)算時(shí)間短。

參考文獻(xiàn)

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[2] ?盤朝奉，丁亞強(qiáng)，江浩斌.基于車輛前方目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型的主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，32（7）：31-37.