关于无人车运动规划中应用VFH算法的研究.pdf

简介：
本文探讨了在无人驾驶汽车领域内利用VFH（可视自由性航迹）算法进行有效的路径规划与避障技术研究。通过分析和实验验证，展示了该算法如何提高无人车辆的自主导航能力，并确保其安全性和高效运行。 VFH（Vector Field Histogram）算法是移动机器人轨迹规划领域的一个经典方法。该算法通过构建一个向量场直方图来表示环境中的障碍物分布，并基于此直方图生成避开障碍且平滑的路径。然而，传统的VFH算法很少被应用于自动驾驶车辆上，尤其是在城市环境中应用时受限于非完整约束（non-holonomic constraints），例如汽车不能横向移动、只能前进或后退和转向。 为解决这一问题，研究者提出了一种改进版的受限VFH算法，该算法充分考虑了车辆的动力学与运动学限制。其主要贡献在于两个方面：一是构建了一个新的活动区域以确保区域内所有状态对车辆都是可达的；二是优化成本函数来引导搜索过程优先选择可行的方向。通过在多种模拟城市环境中进行测试验证了该方法的有效性。 VFH算法首先生成一个直方图，用于表示周围环境中的障碍物分布情况。每个单元格包含有关障碍物的信息，这些信息帮助评估特定方向的通行可能性。接下来，VFH会根据对直方图数据的分析确定车辆可以安全移动的目标方向，并尽可能避开障碍同时保持机动性。 在考虑非完整约束的同时，算法还模拟了车辆的动力特性如最高速度、加速度和转向角速等参数的影响。这些因素对于规划路径至关重要，因为它们直接影响到路径的选择以及汽车的行为表现。改进的成本函数综合考量了上述动力学特征，确保生成的路线既安全又符合车辆性能需求。 受限VFH算法的核心在于如何定义适用于特定车型的动态约束条件，并结合环境限制以产生一组可行的操作指令集。例如，在转向时考虑最小转弯半径或在给定道路上能达到的最大速度等具体参数值是必须考虑到的因素之一。 此外，该方法还涉及到了空间划分的问题：将车辆周围区域划分为网格单元格，每个单元格内包含有关可达性和障碍物分布的信息。这种处理方式需要高效地管理大量数据，并实时更新以适应环境变化和车辆状态的变化情况。 尽管VFH算法在动态环境中表现出一定的优势，但在实际应用中仍面临挑战如高速行驶时的性能保持以及如何应对城市交通中的大量移动障碍等问题。因此，它仍然是自动驾驶领域研究的一个活跃方向，持续吸引着学者们的关注与改进优化工作。