一種即時建模的車輛避障方案

方良柯 黃中友 張永棠

摘 ?要：為縮短汽車對障礙物的識別時間，實現汽車避障的即時控制，提出了一種基于大數據和即時建模的汽車避障控制新方法。應用即時建模技術，將一個包含大量不同情況下駕駛數據的數據庫視為系統的數學模型，提取數據計算控制輸入中的增益和控制時間，達到避讓障礙物的目的。數值分析表明，該方法省去了復雜的數學模型，只需簡單的算術運算和排序，即可實現實時控制，具有計算時間短的優點。

關鍵詞：系統工程;大數據;即時建模;汽車;避障控制;自動控制

1 問題描述

在本節中，將介紹汽車避障控制問題的問題表述。本研究將二維平面上的下一個非完整汽車模型視為汽車的數學模型：

?????????????????（1）

其中是汽車的中心點，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，我們對障礙物的設置進行描述。假設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點為，且。如圖1所示。

假設控制輸入，以下列形式表示：

??????????（2）

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

在本研究中，我們考慮了以下汽車避障控制問題。即：對于一組給定數據，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間，這可以避免汽車與障礙物的碰撞。如果增益和避讓時間的值不適合，則汽車與障礙物碰撞。為此，我們將研究一種基于即時建模的新方法，作為上述避障問題的解決方案。

2 建模概述

在本節中，將開發一種基于即時建模的汽車避障控制的新方法。首先，對即時模型進行簡要的概述，具體即時建模算法的實現步驟：（1）構造一個包含系統輸入輸出數據的數據庫。（2）為了計算查詢數據的輸出，提取查詢數據的一些鄰域數據。（3）從獲得的鄰域數據導出查詢數據的局部線性模型。（4）使用局部線性模型，計算查詢數據的輸出。

即時建模的優點：我們不推導控制系統的數學模型，它不僅適用于線性系統，而且適用于非線性系統;并且可以減少查詢數據輸出的計算量。

3 數值模擬

通過數值模擬及仿真，證實所提方法的有效性。首先，構建了用于即時建模的汽車避障的數據庫。為了構建數據庫，將輸入數據的范圍設置為1。

我們將汽車的參數設定為，。對于數據庫的構造，增益的范圍設置為，，，控制時間的范圍也設置為，，。

應用本文構建的數據庫及提出的算法，按照表1的仿真參數設置，進行了6次數值模擬及仿真實驗，結果如圖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障礙物。同時也證明了所提出的控制方法計算時間短。

參考文獻

[1] ?張永棠. 高速公路場景下車載網路側單元部署研究[J]. 應用科技，2018，45（6）：59–62.

[2] ?盤朝奉，丁亞強，江浩斌.基于車輛前方目標運動模型的主動避撞系統的研究[J].重慶理工大學學報，2018，32（7）：31-37.