基于無人駕駛車輛能量和時(shí)間的權(quán)衡優(yōu)化區(qū)域覆蓋算法

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基于無人駕駛車輛能量和時(shí)間的權(quán)衡優(yōu)化區(qū)域覆蓋算法

區(qū)域覆蓋問題是研究無人駕駛車輛的一個(gè)重要問題。基于傳感器的區(qū)域覆蓋問題是指在未知環(huán)境中利用傳感器提供的信息尋找一條路徑，使無人駕駛車輛可以遍歷所有目標(biāo)點(diǎn)。以前對區(qū)域覆蓋算法的研究多集中在生成路徑算法，并假設(shè)車輛能夠沿生成路徑行駛，未考慮時(shí)間限制和能源消耗。現(xiàn)實(shí)中，無人駕駛車輛攜帶能源有限，因而限制了其應(yīng)用。綜合考慮時(shí)間和能源消耗，提出了一個(gè)新的成本函數(shù)以用來優(yōu)化區(qū)域覆蓋中產(chǎn)生的路徑，盡可能降低能源消耗。

從路徑生成、優(yōu)化控制、能源消耗以及無人駕駛車輛模型等方面介紹了區(qū)域覆蓋問題。其中，路徑生成算法采用交互書寫法分解路徑生成算法，使用變分法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)擬合電機(jī)的效率曲線，給出無人駕駛車輛的動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)模型、覆蓋區(qū)域和電機(jī)效率，提出了一種新的成本函數(shù)，并對其中的參數(shù)及權(quán)重系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明，該成本函數(shù)能反映出無人駕駛車輛區(qū)域覆蓋所消耗的時(shí)間和能源。分析了無人駕駛車輛沿規(guī)劃路徑行駛時(shí)直線行駛狀態(tài)和轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，并通過改變車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)縮短行駛時(shí)間。分析了包含新成本函數(shù)區(qū)域覆蓋算法的3種情況：①不考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率；②電機(jī)在最大轉(zhuǎn)速處取得最高效率；③電機(jī)在低于最大轉(zhuǎn)速處取得最高效率。

對所提出的覆蓋區(qū)域算法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果表明，包含新成本函數(shù)的區(qū)域覆蓋算法可以生成一條遍歷整個(gè)區(qū)域的最優(yōu)路徑；可節(jié)約能源消耗25%，在無人駕駛車輛攜帶能源數(shù)量不變的情況下，相當(dāng)于延長了無人駕駛車輛的工作時(shí)間。

刊名：Auton Robot（英）

刊期：2014年第36期

作者：John A. Broderick

編譯：王維