基于仿人智能控制的無(wú)人地面車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究.pdf

1、無(wú)人地面車(chē)輛是未來(lái)陸軍的重要力量，是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)信息化和無(wú)人化的重要平臺(tái)，通過(guò)裝載不同的裝備，可以代替人在核生化、輻射和爆炸物等惡劣復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中完成各種各樣的軍事任務(wù)。隨著信息戰(zhàn)的出現(xiàn)和實(shí)踐，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)將會(huì)變得更加激烈殘酷，破壞程度更大，更容易造成人員的傷亡，如何減少人員傷亡，以非人員接觸方式完成戰(zhàn)爭(zhēng)中的裝備搬運(yùn)、補(bǔ)給護(hù)送、醫(yī)療后送、偵察監(jiān)視、探雷排雷甚至聯(lián)合作戰(zhàn)等軍事任務(wù)愈發(fā)至關(guān)重要。在這種軍事需求下，無(wú)人地面車(chē)輛能充分展示其軍事潛力以及

2、作戰(zhàn)效能，承擔(dān)著最具有危險(xiǎn)性的重要軍事任務(wù)，是現(xiàn)代陸軍武器裝備發(fā)展的重要方向之一，在決定未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)成敗和搶奪戰(zhàn)場(chǎng)先機(jī)中將占據(jù)非常重要的作戰(zhàn)地位。
　　在無(wú)人地面車(chē)輛的發(fā)展里程中，車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)并且準(zhǔn)確地執(zhí)行無(wú)人地面車(chē)輛具體的運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作，其性能一直是影響車(chē)輛智能能力的關(guān)鍵因素之一，是無(wú)人地面車(chē)輛進(jìn)行環(huán)境感知、路徑規(guī)劃以及推理決策等智能能力的基礎(chǔ)，是無(wú)人地面車(chē)輛的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。隨著各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟，將來(lái)的車(chē)輛

3、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)該具有更高層次的適應(yīng)能力和自主駕駛能力。
　　由于無(wú)人地面車(chē)輛所處環(huán)境的復(fù)雜性，加上無(wú)人地面車(chē)輛本身是一個(gè)非線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)，這些很難用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，對(duì)基于模型的傳統(tǒng)控制難以滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，然而在傳統(tǒng)控制理論的基礎(chǔ)之上不斷融入人工智能的思想，是解決這種控制難題的一個(gè)重要途徑。
　　針對(duì)以上背景，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種具有仿人智能控制的通用型車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)建立了

4、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型和具有耦合特性的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了直角彎道和“8”字形道路等兩種典型道路軌跡對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究，分析了整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的基本運(yùn)動(dòng)性能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了車(chē)輛基于“預(yù)瞄-跟隨”理論的PID控制實(shí)現(xiàn)了較為精確的軌跡跟蹤，取得了較好的控制效果，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)設(shè)計(jì)并研制了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的通用型執(zhí)行裝置和控制系統(tǒng)。執(zhí)行裝置采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)在人工

5、駕駛車(chē)輛的方向盤(pán)、離合踏板、制動(dòng)踏板、油門(mén)踏板和換檔手柄上加裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊，及其相應(yīng)的控制模塊，然后將各模塊通過(guò)CAN總線(xiàn)與上層決策系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的自動(dòng)操控。
　　(3)提出了一種基于本文所設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的無(wú)人地面車(chē)輛仿人智能運(yùn)動(dòng)控制算法，在運(yùn)行控制級(jí)和參數(shù)校正級(jí)設(shè)計(jì)了基于該算法的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器，并在所設(shè)計(jì)的直角彎道和“8”字形道路軌跡上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究，仿真結(jié)果表明:仿人智能控制器的魯棒性和控制精度都

6、表現(xiàn)出比PID控制器更為優(yōu)越的控制效果，進(jìn)一步為實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)開(kāi)展了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的實(shí)車(chē)測(cè)試與驗(yàn)證。在前面研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)之上，將所研制的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)原理樣機(jī)安裝到車(chē)輛上在實(shí)際道路上進(jìn)行了實(shí)車(chē)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，包括車(chē)輛的縱向控制、橫向控制以及綜合控制等，通過(guò)所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析PID控制和仿人智能控制對(duì)無(wú)人地面車(chē)輛的實(shí)際控制效果。實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)表明:所設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛方向盤(pán)、制動(dòng)踏板、油門(mén)踏板和換檔手柄的精確控制，