Advertisement

关于自动驾驶汽车通过交叉路口控制方法的比较研究.zip

  •  5星
  •     浏览量: 0
  •     大小:None
  •      文件类型:None


简介:
本研究深入探讨并对比了多种自动驾驶汽车在通过复杂交通环境中的交叉路口时所采用的控制策略和算法,旨在提高交通安全性和效率。 自动驾驶汽车在穿越交叉路口时面临复杂挑战,可通过传统算法(如TTC和PRM)或强化学习方法(例如DQN与PPO)来解决这些问题。本段落将探讨这些策略,并深入解析状态表示、动作集合等关键细节。 随着人工智能技术的进步,自动驾驶车辆正逐步从实验室走向现实道路,显著减少了交通事故及交通拥堵现象,改善了城市中的流动性状况。据预测,在2035年前后,大部分新车都将具备完全自主驾驶功能。在实际行驶过程中,交叉路口成为事故高发地带;尤其对于无信号灯控制的交叉口而言,驾驶员意图判断和避免干扰其他车辆的问题更为突出。 因此,本研究旨在探讨如何使自动驾驶汽车能够安全、高效地穿越此类复杂环境下的无人指挥交叉路。已有不少团队针对这一问题提出过各种通行策略和技术方案。除了传统算法外,本段落还将重点介绍基于强化学习的解决方案及其具体实现细节。

全部评论 (0)

还没有任何评论哟~
客服
客服
  • .zip
    优质
    本研究深入探讨并对比了多种自动驾驶汽车在通过复杂交通环境中的交叉路口时所采用的控制策略和算法,旨在提高交通安全性和效率。 自动驾驶汽车在穿越交叉路口时面临复杂挑战,可通过传统算法(如TTC和PRM)或强化学习方法(例如DQN与PPO)来解决这些问题。本段落将探讨这些策略,并深入解析状态表示、动作集合等关键细节。 随着人工智能技术的进步,自动驾驶车辆正逐步从实验室走向现实道路,显著减少了交通事故及交通拥堵现象,改善了城市中的流动性状况。据预测,在2035年前后,大部分新车都将具备完全自主驾驶功能。在实际行驶过程中,交叉路口成为事故高发地带;尤其对于无信号灯控制的交叉口而言,驾驶员意图判断和避免干扰其他车辆的问题更为突出。 因此,本研究旨在探讨如何使自动驾驶汽车能够安全、高效地穿越此类复杂环境下的无人指挥交叉路。已有不少团队针对这一问题提出过各种通行策略和技术方案。除了传统算法外,本段落还将重点介绍基于强化学习的解决方案及其具体实现细节。
  • 局部避障径规划与跟踪
    优质
    本研究聚焦于自动驾驶技术中的局部避障路径规划与跟踪控制系统设计,旨在提升车辆在复杂环境下的自主导航能力和安全性。通过优化算法和实时感知技术的应用,实现高效、安全的动态障碍物规避策略。研究成果对于推进无人驾驶汽车的实际应用具有重要意义。 采用分层控制架构搭建局部避障路径规划与跟踪控制系统模型。上层为避障路径规划层,基于人工势场(APF)和模型预测控制(MPC)算法设计了两种避障路径规划器。在设计APF避障路径规划器时,在斥力场上引入了车辆与目标点的距离因子,并增设虚拟子目标点,建立了道路边界斥力势场;而在设计MPC避障路径规划器时,则对目标函数中的避障功能进行了优化改进。 下层为跟踪控制层,基于MPC算法设计了路径跟踪控制器。通过CarSim和Simulink联合仿真模型,在30km/h、60km/h及90km/h的不同车速条件下,测试车辆沿双移线参考路径的跟踪性能,并进行仿真实验验证。 将前面两种规划器分别与跟踪控制器结合后搭建了两个集成控制系统模型并进行了相应的仿真。采用效果更佳的双层MPC控制模型完成了直线避障实车试验。结果显示:试验车辆成功避开障碍物,最大方向盘转角绝对值为188.2°,横摆角速度的最大绝对值为9.411°/s,均在合理范围内;这表明所设计的双层MPC控制系统具有良好的路径规划和跟踪效果,并且行驶过程符合稳定性需求。 ### 自动驾驶汽车局部避障路径规划与跟踪控制研究 #### 一、研究背景及意义 随着科技的进步和社会发展的需要,自动驾驶技术已成为汽车行业的重要发展方向之一。其中,局部避障路径规划和跟踪控制作为关键技术环节,在提高车辆的安全性和可靠性方面发挥着重要作用。通过高效准确的路径规划以及精准可靠的路径跟踪控制策略,可以确保在遇到障碍物时迅速作出反应并选择安全路线规避风险,从而保障乘客的生命财产安全。 #### 二、国内外研究现状 ##### 2.1 局部路径规划的研究进展 近年来,在局部避障路径规划领域内积累了大量的研究成果。主要方法包括基于人工势场(APF)和模型预测控制(MPC)。其中,APF通过吸引势场引导车辆向目标点移动,并利用斥力势场避免障碍物;而MPC则通过对未来状态的预测来实现最优路线的选择。 ##### 2.2 路径跟踪控制的研究进展 路径跟踪技术也得到了广泛关注。目前,基于MPC的方法因其良好的实时性和鲁棒性被广泛应用,在动态调整车辆参数以精确跟随预定轨迹方面表现出色。 #### 三、研究内容概述 本项目采用分层架构设计了一个局部避障路径规划与跟踪控制系统模型: 1. **上层:避障路径规划层** - 设计了改进型APF和MPC两种路径规划器。对APF的修改包括引入距离因子以及增设虚拟目标点,同时建立了道路边界斥力势场;而在优化MPC时,则着重于提升其避开障碍物的能力。 2. **下层:跟踪控制层** - 基于MPC算法开发了路径跟随控制器以确保车辆能够精确地遵循由上一层规划出的路线。 #### 四、实验验证 为了检验所提出方法的有效性,研究团队在不同速度条件下进行了仿真实验,并测试了车辆对双移线参考轨迹的跟踪能力。结果表明,在所有测试车速下,汽车均能稳定且准确地跟随预定路径行驶。 此外还实施了一项实车试验来评估上述控制策略的实际性能表现:使用改进后的MPC模型完成直线避障任务后发现,实验用车成功绕过了障碍物,并在最大方向盘转角和横摆角度方面都保持了合理的数值范围;这证明所设计的双层控制系统具备良好的路径规划与跟踪效果以及行驶稳定性。 #### 五、结论 本研究提出了一种基于分层控制架构的局部避障路径规划及跟踪系统模型。通过对APF和MPC算法进行改进,显著提高了其在复杂环境中的适应性和安全性;同时,利用MPC方法实现了高精度的轨迹跟随效果。通过仿真实验与实地测试验证了该方案的有效性,并为推动自动驾驶技术的发展提供了有力支持。 #### 六、展望 尽管取得了阶段性成果,但自动驾驶领域仍面临诸多挑战。未来研究可从以下几方面着手: 1. **环境感知能力提升**:进一步改进传感器配置和技术以提高复杂场景下的识别精度。 2. **多车协同避障策略开发**:探索建立车辆间协作机制来实现更高效的障碍物规避路径规划。 3. **极端条件适应性增强**:深入研究恶劣天气和特殊路况对系统性能的影响,提升整体鲁棒性和可靠性。 通过持续的技术创新与优化改进,自动驾驶技术将更加成熟可靠,并为人们的出行带来更多便利与安全保障。
  • MPC理论速度
    优质
    本研究探讨了运用模型预测控制(MPC)理论于电动汽车自动驾驶系统中,特别聚焦于优化车辆的速度控制策略,以实现高效能、安全驾驶。通过建立精确的动力学模型和设计高效的算法框架,旨在解决复杂交通环境下的动态路径规划及速度调整问题,提高自动驾驶系统的适应性和响应能力。 ### 基于MPC理论的自动驾驶电动汽车速度控制研究 #### 一、研究背景与目的 随着汽车行业的快速发展,智能化已成为未来汽车发展的重要方向之一。其中,速度控制作为自动驾驶汽车的一项关键技术,对于确保车辆行驶的安全性起着至关重要的作用。本研究针对自动驾驶电动汽车的速度控制问题进行了深入探讨,旨在通过模型预测控制(MPC)原理,结合纵向动力学简化模型和CarSim整车模型,设计一种有效的速度控制策略,并通过仿真验证其有效性。 #### 二、纵向动力学仿真模型的建立 为了更好地理解电动汽车在不同工况下的动态特性,研究人员首先建立了自动驾驶电动汽车的纵向动力学仿真模型。该模型包括两部分: 1. **MatlabSimulink环境下的纵向动力学简化模型**:这一模型主要关注车辆的基本动力学行为,如加速度、减速度等,用于快速评估不同的控制策略。 2. **CarSim环境下的整车动力学模型**:这是一种更复杂的模型,可以模拟整个车辆的行为,包括轮胎与路面的相互作用、车辆稳定性等,用于更精确的仿真测试。 通过对实际车辆数据与仿真结果进行对比,验证了这些模型的准确性,为后续的研究奠定了坚实的基础。 #### 三、车速控制系统的整体框架设计 为了实现不同行驶工况下的车速准确控制,研究者采用了分层式结构来设计控制系统。具体而言: 1. **上层控制器**:根据目标车速决策出期望加速度。这一步骤综合考虑了安全性、舒适性、经济性和跟随性等关键因素,并将这些指标融入到MPC模型预测优化控制算法中,从而建立了一个目标函数,并求解出汽车行驶的期望加速度。 2. **下层控制器**:其任务是使汽车的实际加速度能够跟踪上层控制器输出的期望加速度。这一步骤包括接收加速度信号,并通过逆纵向动力学模型计算出实现期望加速度所需的驱动电机转矩和制动压力。 这种分层设计不仅提高了系统的灵活性,还确保了各个层次之间的有效协调。 #### 四、仿真验证 最终,研究人员基于MatlabSimulink与CarSim联合仿真平台搭建了电动汽车速度控制系统,并针对六种典型的纵向行驶工况进行了仿真验证。仿真结果显示: - **车速稳态误差**:在0.014~0.446km/h之间,证明了车速控制算法具有较高的精度。 - **行驶安全性**:自车与前车始终保持一定安全距离,满足行驶安全性要求。 - **经济性能**:加速度最值在-3.9~3.2m/s²之间,符合经济性能指标的需求。 - **舒适性**:加速度变化率绝对值最值在1~3.8m/s³之间,表明行车过程较为平缓。 本段落提出的车速控制算法不仅能够实现对目标车速的良好跟随,而且还能确保一定的安全性、舒适性和经济性,为未来自动驾驶电动汽车的发展提供了有力的支持和技术参考。
  • 无人径规划及跟随
    优质
    本研究聚焦于无人驾驶汽车技术,深入探讨并开发了先进的路径规划与跟随控制算法,旨在提升车辆自主导航的安全性和效率。 本段落采用多点预瞄与滚动优化相结合的模型预测控制算法设计了汽车跟随转向控制系统,并在双移线工况下进行了不同速度条件下的实验测试。结果显示该控制器具有较小路径误差且适应性强,其性能优于Carsim控制器的表现。
  • SOTIF验证与发展
    优质
    本研究聚焦于自动驾驶汽车的安全性评估,特别是SOTIF(超出设计操作范围之外的功能安全)方面,探讨并发展有效的验证与测试策略,以提升车辆在复杂环境中的可靠性和安全性。 国际标准化组织(ISO)的预定功能安全(SOTIF)是一个相对较新的标准,它解释了系统预定功能的处理机制以及合理误用验证的方法。此标准要求在实际应用中实现基于ISO SOTIF的先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统的验证过程。本段落旨在通过智能速度辅助(ISA)作为示例来阐述ISO SOTIF验证过程中虚拟仿真与合成场景创建策略的应用。 文中提到,ISO SOTIF建议的流程被用作测试策略推导的基础,并且在执行时需要确保技术和功能安全要求得到满足。危险识别和风险评估按照定义的标准程序进行实施。借助于虚拟仿真工具来构建符合ISO SOTIF标准的合成场景是本段落讨论的核心内容之一。 文中提出了一种详细的场景生成方法,包括使用包含所有可能相关静态及动态行为者的树状图结构来进行场景构思;首先创建“一行”或“两行”的简化伪场景,随后逐步扩展至完整细节。这些详细构建出的场景会进一步在虚拟仿真工具中实现,并通过SIL(软件在环)、MIL(模型在环)和HIL(硬件在环)环境对测试算法进行验证评估。 此外,文中还展示了如何根据输入需求规范生成额外的ISO SOTIF情景。本段落提供了多种涉及不同环境条件下的危险模拟实例来说明这一过程的实际应用情况。通过这些示例,读者可以更直观地理解自动驾驶系统中针对极端情形下性能评估的方法和策略。
  • 径跟踪模型预测
    优质
    本研究聚焦于自动驾驶领域中的路径跟踪技术,通过开发先进的模型预测控制系统,旨在提高车辆在复杂驾驶环境下的导航精确度与安全性。 在自动驾驶技术的研究领域内,针对自动驾驶车辆路径规划的轨迹跟踪问题是一个亟待解决且需要优化的关键课题。本段落基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)理论展开研究,具体探讨了以下三个方面的内容:首先,为了解决自动驾驶车辆对预定路径进行有效追踪的问题,引入传统的MPC理念,并设计了一套适用于该场景的轨迹跟踪策略;其次,在解决路径跟随过程中出现的稳定性差和适应目标速度变化能力不足等问题时,进一步提出了采用终端状态等式约束的改进型MPC方法;最后,在研究中为了提升车辆在跟随过程中的响应速度与稳定性能,提出了一种结合预测时间范围内系统输入输出收缩限制(Predictive Input and Outputs Contractive Constraint, PIOCC)的MPC轨迹跟踪控制策略。
  • 联网与Vissim仿真.pdf
    优质
    本文探讨了利用Vissim软件对车联网及自动驾驶汽车在复杂道路交通环境下的运行进行仿真的方法和结果分析,为智能交通系统的开发提供理论支持。 本段落档探讨了基于Vissim的车联网及自动驾驶车辆交通仿真的研究方法和技术细节。通过结合先进的车联网技术和自动驾驶技术,该仿真模型能够有效地模拟复杂的道路交通环境,并为交通安全、效率以及智能化出行提供有价值的参考数据与理论依据。
  • YOLO算检测综述
    优质
    本研究综述深入探讨了基于YOLO(You Only Look Once)算法在自动驾驶汽车环境感知中的应用与改进,旨在提高车辆目标检测的速度和精度。 ### 基于YOLO算法的自动驾驶汽车检测研究综述 #### 一、引言 随着人工智能技术的发展,自动驾驶已成为汽车行业的重要研究领域之一。目标检测是实现自动驾驶的关键技术,其性能直接影响到系统的安全性、可靠性和实用性。在众多的目标检测算法中,YOLO因其快速和高效的特性,在自动驾驶应用中展现出巨大的潜力。 #### 二、目标检测概述 目标检测是指从图像或视频中定位并分类特定对象的过程。通常包括特征提取、区域建议生成以及最终的分类与回归三个步骤。作为一种单阶段方法,YOLO能够在一次网络运行中完成目标的定位和类别预测任务,显著提高了处理速度。 #### 三、评价指标 评估目标检测算法时常用的几个关键指标为: 1. **准确率**:正确识别的目标数量占总目标数的比例。 2. **召回率**:正确分类的目标数量与实际存在的总数之比。 3. **精确度(Precision)**: 正确预测为目标的数量与所有被标记为目标的总量之比。 4. **F1分数**:结合了准确性和召回率的一种综合评价指标,用于衡量算法的整体性能。 5. **平均精度(Average Precision, AP)**:不同阈值下精确率和召回率曲线下的面积。 6. **均值平均精度(Mean Average Precision, mAP)**: 多类别AP的算术平均。 #### 四、YOLO算法原理及特点 ##### 4.1 原理 YOLO将目标检测视为回归问题,直接从整个图像中预测边界框的位置及其对应的分类概率。该算法通过分割输入图片为固定大小的网格,并在每个单元上进行位置和置信度得分预测来实现这一功能。 ##### 4.2 特点 - **速度快**:由于单次网络推理机制,YOLO能够在保持较高检测精度的同时提供极快的速度。 - **端到端训练**:可以直接从原始像素数据开始训练模型而无需额外的预处理步骤。 - **实时性**:适用于需要快速响应的应用场景,如自动驾驶中的障碍物识别。 - **通用性**:可以用于多种环境下的目标检测任务。 #### 五、YOLO在自动驾驶中的应用 ##### 5.1 交通标志识别 准确地识别道路上的各类指示牌对于保证自动驾驶车辆的安全行驶至关重要。通过快速且精确地分类各种交通标志,YOLO为汽车提供了重要的导航信息。 ##### 5.2 信号灯检测与识别 正确探测并理解信号灯的状态是确保安全驾驶的关键因素之一。利用YOLO算法可以实时监测和解析这些重要指示器的变化情况。 ##### 5.3 行人识别 行人检测在自动驾驶中极具挑战性,但却是避免碰撞事故的重要手段。通过有效定位行人的位置与动态方向,YOLO有助于提高道路安全性。 ##### 5.4 车辆检测 为了保证安全距离和路径规划,准确地感知周围车辆的位置、速度等信息至关重要。利用高效精准的算法,可以实现对其他车辆的有效追踪和识别。 #### 六、未来发展趋势 尽管已经在自动驾驶领域取得了显著进展,但YOLO仍面临一些挑战与限制:例如小目标检测能力不足以及在复杂光照条件下性能下降等问题。因此未来的研发方向可能包括: 1. **改进模型以提高小目标的精度**。 2. **增强算法对恶劣环境条件下的适应性**。 3. **开发更轻量级、计算成本更低的版本**,以便于嵌入式设备和边缘计算的应用。 4. **多模态数据融合技术的研究与发展**, 通过结合视觉和其他传感器的数据提升检测精度与可靠性。 总之, YOLO凭借其高效性和实时性,在自动驾驶领域展现了广阔前景。随着相关研究和技术的进步,该算法有望进一步提高自动驾驶系统的安全性能及智能化水平。
  • 紧急主避障
    优质
    本研究聚焦于开发和优化自动驾驶汽车在面临潜在碰撞风险时所采用的紧急主动避障控制算法。通过模拟与实地测试相结合的方法,旨在提升车辆响应速度及决策准确性,确保乘客安全的同时提高道路通行效率。 本段落通过调研与分析车辆碰撞相关的研究文献、交通事故报告及交通法规,总结并规范化描述了典型的危险交通场景。基于建立的车辆安全距离模型作为主要评估依据,并结合驾驶员接管策略以及对向来车碰撞风险判断方法,构建出紧急主动避撞决策算法。 针对该决策算法中的紧急转向避撞操作,本段落提出了五项具体要求。通过介绍基于五次多项式的路径规划算法,引出了考虑车辆可行驶区域的多约束避撞路径规划优化方法。在这一过程中,结合运动障碍物位置预测与碰撞危险时刻分析,建立了包括车辆运动学约束和可行驶区域约束的目标函数。最终得到的避撞路径,在满足安全要求的同时,也兼顾了驾乘人员乘坐舒适性。 为实现上层决策规划的要求,本段落还研究了车辆横纵向运动控制算法。在纵向控制方面,通过计算行驶阻力以及建立制动、驱动系统的逆模型来生成前馈控制量,并结合基于PID的反馈控制策略,构建了一种加速度跟踪控制系统结构。 最后,在MatlabCarSimPrescan软件环境中搭建了一个联合仿真平台,对提出的决策算法、路径规划方法及运动控制算法进行了集成测试。
  • 丛书之决策与PPT.rar
    优质
    本资源为《自动驾驶丛书之自动驾驶汽车决策与控制》配套PPT,涵盖车辆决策算法、控制系统等内容,适合技术学习和研究参考。 自动驾驶系列丛书包含关于自动驾驶汽车决策与控制的PPT内容。