自動(dòng)駕駛汽車的位置確定和自動(dòng)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(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛，便可大幅降低交通事故的發(fā)生。目前，自動(dòng)駕駛汽車引起了眾多研究人員的注意，其可以根據(jù)激光雷達(dá)、相機(jī)或其它傳感器對(duì)汽車周圍環(huán)境的感知來制定相應(yīng)的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛。此外，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛可以緩解交通阻塞，實(shí)現(xiàn)殘疾人出行。目前，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛還需要解決多種技術(shù)難題，而成本過高也限制了自動(dòng)駕駛汽車的推廣。對(duì)此，以機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）作為框架，開發(fā)了適用于自動(dòng)駕駛汽車位置確定和自動(dòng)控制的方法，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛，需要解決的2個(gè)關(guān)鍵問題為：確定汽車當(dāng)前位置和無障礙行駛路徑。對(duì)汽車當(dāng)前位置的確定采用全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性測(cè)量單元（IMU）和車輪編碼器。不同傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)具有不同的格式，因而使用前首先需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和歸一化處理；之后對(duì)處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；最后對(duì)汽車位置的確定，并包含預(yù)測(cè)和更新兩個(gè)階段。預(yù)測(cè)階段基于融合數(shù)據(jù)和誤差協(xié)方差估計(jì)汽車下一步可能出現(xiàn)的位置。更新階段則根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到汽車位置更加準(zhǔn)確的估計(jì)值。對(duì)無障礙行駛路徑的確定，首先依據(jù)出發(fā)地和目的地確定一定數(shù)量的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)數(shù)量的設(shè)定基于行駛環(huán)境的復(fù)雜程度；之后采用三次樣條插值連接各控制點(diǎn)，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(yàn)證時(shí)，采用一輛前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的全地形越野車，其以一臺(tái)36V直流無刷電機(jī)作為動(dòng)力源；同時(shí)安裝一個(gè)TP-LINK路由器實(shí)現(xiàn)車內(nèi)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(shù)包括轉(zhuǎn)向角和節(jié)氣門開度。試驗(yàn)在英國巴斯大學(xué)進(jìn)行，選擇一段中心長(zhǎng)度為61.34m的封閉三角形道路，試驗(yàn)3次。結(jié)果顯示，3次試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛。

PejmanIravanietal.SAE 2016-01-1878.

編譯：張振偉