自動駕駛汽車的位置確定和自動控制

自動駕駛汽車的位置確定和自動控制

駕駛員失誤造成的交通事故占交通事故總量的70%。因此，若能實現汽車自動駕駛，便可大幅降低交通事故的發生。目前，自動駕駛汽車引起了眾多研究人員的注意，其可以根據激光雷達、相機或其它傳感器對汽車周圍環境的感知來制定相應的控制策略，從而實現汽車自動駕駛。此外，實現自動駕駛可以緩解交通阻塞，實現殘疾人出行。目前，完全實現自動駕駛還需要解決多種技術難題，而成本過高也限制了自動駕駛汽車的推廣。對此，以機器人操作系統（ROS）作為框架，開發了適用于自動駕駛汽車位置確定和自動控制的方法，并通過試驗進行了驗證。

實現汽車自動駕駛，需要解決的2個關鍵問題為：確定汽車當前位置和無障礙行駛路徑。對汽車當前位置的確定采用全球定位系統（GPS）、慣性測量單元（IMU）和車輪編碼器。不同傳感器測量的數據具有不同的格式，因而使用前首先需要進行坐標轉換和歸一化處理；之后對處理后的測量數據采用擴展卡爾曼濾波器進行數據融合；最后對汽車位置的確定，并包含預測和更新兩個階段。預測階段基于融合數據和誤差協方差估計汽車下一步可能出現的位置。更新階段則根據實時測量數據對預測數據進行修正，得到汽車位置更加準確的估計值。對無障礙行駛路徑的確定，首先依據出發地和目的地確定一定數量的控制點，控制點數量的設定基于行駛環境的復雜程度；之后采用三次樣條插值連接各控制點，確定無障礙行駛路徑；最后采用路徑跟蹤算法保證汽車沿確定的行駛路徑行駛。驗證時，采用一輛前輪轉向后輪驅動的全地形越野車，其以一臺36V直流無刷電機作為動力源；同時安裝一個TP-LINK路由器實現車內電子控制單元與外部傳感器（GPS、IMU和車輪編碼器）的無線通信，控制參數包括轉向角和節氣門開度。試驗在英國巴斯大學進行，選擇一段中心長度為61.34m的封閉三角形道路，試驗3次。結果顯示，3次試驗汽車走完全程的距離分別為63.55m、60.86m、65.75m，幾乎完全按照道路形狀行駛，因而所采用的方法能夠很好地實現汽車自動駕駛。

PejmanIravanietal.SAE 2016-01-1878.

編譯：張振偉