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基于路径行驶的无人车辆的集成导航研究

马利凯  
【摘要】:目前,汽车的驾驶不只是靠人操作和机械机构完成,新技术、新设备也在汽车上有应用:自动泊车系统,自动巡航等。这些技术使汽车驾驶更加人性化,可以更加方便操纵车辆。而自主车辆是汽车新技术的集成产物,满足车辆自主行驶。本文通过对无人车辆的理解,对基于路径行驶的无人车辆集成导航系统进行了研究,首先要知道自身在何地,自身朝向如何,这也就是自主车辆的定位和姿态估计,本文采用GPS和INS结合定位车辆,并利用IMU进行航位推算得出车辆位姿估计。无人车辆可以应用到人不易到达、不能生存的环境,在这些地方应用无人车辆是必不可少的。 针对车辆导航的选择、路径规划、障碍物探测、地形图的如何生成进行了阐述。本文自主车辆的研究环境为无人地带或人烟稀少的地带,一般不会有标准化的路面。因此,车辆的导航对于自主车辆很重要,车辆在环境中的位置要依赖导航系统确定;但是单一的导航不能很好地精确定位车辆位置,本文对INS-GPS方式的集成导航进行分析,因为INS(惯性导航系统)是自主性导航由自身的惯性单元解算车辆的位置,所以不受电磁干扰进行导航;INS长时间工作有不可避免的累积误差,这时需要GPS进行补充,利用GPS消除累积误差,当GPS信号中断时,利用INS导航。二者互补提高了导航系统的精确性和稳定性。 针对无路地带必须进行路径的规划,设想利用Waypoint方法设计路径,Waypoint方法采用有人驾驶通过预定路径并记录,同时利用激光读取路面宽度,并根据有人驾驶的车辆收集某点时刻的速度、转向,这些均记录在此点的参数里,一个个的点连接起来形成路径。利用导航确定车辆在某点时,然后对此点的相关参数读取,采取相应的车辆控制(车速、转向)。 自主车辆是线性控制,不可能完全按照路径行驶,路面的粗糙度、坡度、障碍物均会对车辆产生影响,面对路面的多变,须考虑路面实时的状况,需要实时探测路面以避开障碍物或采取紧急制动避免事故。针对障碍物的探测采用激光测距仪和视觉方法。利用激光测距仪探测栅格内高度,判断是否可以通过;利用视觉方法处理离车辆较远处区域图像。并把这些地形信息赋予地形数据库。地形数据库是栅格结构,适合无人车辆的地形获取和调用。 根据导航和路面的状况选择相应的车辆控制,车辆控制主要参考两个参数:车辆速度、转向大小。通过控制油门开度、制动、方向盘转角改变相关参数变量值。利用matlab/simulink对集成导航进行仿真,验证集成导航的可行性。 本文的的研究内容为无人车辆的进一步发展提供了帮助。


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