基于仿人智能控制的無人地面車輛自動駕駛系統(tǒng)研究.pdf

1、無人地面車輛是未來陸軍的重要力量，是實現(xiàn)戰(zhàn)爭信息化和無人化的重要平臺，通過裝載不同的裝備，可以代替人在核生化、輻射和爆炸物等惡劣復雜戰(zhàn)場環(huán)境中完成各種各樣的軍事任務。隨著信息戰(zhàn)的出現(xiàn)和實踐，現(xiàn)代戰(zhàn)爭將會變得更加激烈殘酷，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)爭中的裝備搬運、補給護送、醫(yī)療后送、偵察監(jiān)視、探雷排雷甚至聯(lián)合作戰(zhàn)等軍事任務愈發(fā)至關重要。在這種軍事需求下，無人地面車輛能充分展示其軍事潛力以及

2、作戰(zhàn)效能，承擔著最具有危險性的重要軍事任務，是現(xiàn)代陸軍武器裝備發(fā)展的重要方向之一，在決定未來戰(zhàn)爭成敗和搶奪戰(zhàn)場先機中將占據(jù)非常重要的作戰(zhàn)地位。
　　在無人地面車輛的發(fā)展里程中，車輛自動駕駛系統(tǒng)主要負責實時并且準確地執(zhí)行無人地面車輛具體的運動控制動作，其性能一直是影響車輛智能能力的關鍵因素之一，是無人地面車輛進行環(huán)境感知、路徑規(guī)劃以及推理決策等智能能力的基礎，是無人地面車輛的關鍵系統(tǒng)之一。隨著各項相關技術的不斷發(fā)展、成熟，將來的車輛

3、自動駕駛系統(tǒng)應該具有更高層次的適應能力和自主駕駛能力。
　　由于無人地面車輛所處環(huán)境的復雜性，加上無人地面車輛本身是一個非線性時變系統(tǒng)，這些很難用精確的數(shù)學模型進行描述，對基于模型的傳統(tǒng)控制難以滿足系統(tǒng)的設計指標，然而在傳統(tǒng)控制理論的基礎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重要途徑。
　　針對以上背景，本文設計并實現(xiàn)了一種具有仿人智能控制的通用型車輛自動駕駛系統(tǒng)，主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　(1)建立了

4、自動駕駛系統(tǒng)的動力學模型和具有耦合特性的車輛動力學模型，設計了直角彎道和“8”字形道路等兩種典型道路軌跡對車輛動力學響應特性進行了仿真研究，分析了整車動力學模型的基本運動性能。仿真實驗結果說明了車輛基于“預瞄-跟隨”理論的PID控制實現(xiàn)了較為精確的軌跡跟蹤，取得了較好的控制效果，為自動駕駛系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)以及實車實驗奠定了基礎。
　　(2)設計并研制了自動駕駛系統(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計方法，通過在人工

5、駕駛車輛的方向盤、離合踏板、制動踏板、油門踏板和換檔手柄上加裝執(zhí)行機構模塊，及其相應的控制模塊，然后將各模塊通過CAN總線與上層決策系統(tǒng)進行連接，從而實現(xiàn)了車輛的自動操控。
　　(3)提出了一種基于本文所設計自動駕駛系統(tǒng)的無人地面車輛仿人智能運動控制算法，在運行控制級和參數(shù)校正級設計了基于該算法的自動駕駛系統(tǒng)的運動控制器，并在所設計的直角彎道和“8”字形道路軌跡上進行了仿真實驗研究，仿真結果表明: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，進一步為實車實驗奠定了基礎。
　　(4)開展了自動駕駛系統(tǒng)的實車測試與驗證。在前面研究內容基礎之上，將所研制的自動駕駛系統(tǒng)原理樣機安裝到車輛上在實際道路上進行了實車的測試實驗，包括車輛的縱向控制、橫向控制以及綜合控制等，通過所獲取的實驗數(shù)據(jù)來分析PID控制和仿人智能控制對無人地面車輛的實際控制效果。實車實驗表明:所設計的自動駕駛系統(tǒng)實現(xiàn)了對車輛方向盤、制動踏板、油門踏板和換檔手柄的精確控制，