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(xiàn)汽車自動駕駛，便可大幅降低交通事故的發(fā)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(jù)激光雷達、相機或其它傳感器對汽車周圍環(huán)境的感知來制定相應(yīng)的控制策略，從而實現(xiàn)汽車自動駕駛。此外，實現(xiàn)自動駕駛可以緩解交通阻塞，實現(xiàn)殘疾人出行。目前，完全實現(xiàn)自動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駕駛汽車的推廣。對此，以機器人操作系統(tǒng)（ROS）作為框架，開發(fā)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(xiàn)汽車自動駕駛，需要解決的2個關(guān)鍵問題為：確定汽車當(dāng)前位置和無障礙行駛路徑。對汽車當(dāng)前位置的確定采用全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性測量單元（IMU）和車輪編碼器。不同傳感器測量的數(shù)據(jù)具有不同的格式，因而使用前首先需要進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和歸一化處理；之后對處理后的測量數(shù)據(jù)采用擴展卡爾曼濾波器進行數(shù)據(jù)融合；最后對汽車位置的確定，并包含預(yù)測和更新兩個階段。預(yù)測階段基于融合數(shù)據(jù)和誤差協(xié)方差估計汽車下一步可能出現(xiàn)的位置。更新階段則根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)對預(yù)測數(shù)據(jù)進行修正，得到汽車位置更加準(zhǔn)確的估計值。對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，控制點數(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，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(zhuǎn)向后輪驅(qū)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(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。試驗在英國巴斯大學(xué)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(jié)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(xiàn)汽車自動駕駛。

PejmanIravanietal.SAE 2016-01-1878.

編譯：張振偉