基于半空间约束理论的自动泊车高性能轨迹优化方法

作     者：陈晓明 李柏 范丽丽 王涯舟 张坦探 张友民 曹东璞 CHEN Xiaoming;LI Bai;FAN Lili;WANG Yazhou;ZHANG Tantan;ZHANG Youmin;CAO Dongpu

作者机构：湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 北京理工大学信息与电子学院北京100081 康考迪亚大学机械与航空航天工程学院加拿大蒙特利尔H3G 1M8 清华大学车辆与运载学院北京100084 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年第60卷第10期

页      面：273-288页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(62103139) 湖南省芙蓉计划湖湘青年英才(2023RC3115) 湖南省自然科学基金(2021JJ40114)资助项目 

主　　题：自动泊车 轨迹规划 计算最优控制 非线性规划 智能车 

摘      要：轨迹规划是车载自动泊车系统中的重要功能,而现有的泊车轨迹规划算法无法兼顾算法泛化性、计算精度、求解时效性以及结果最优性。现采用基于数值优化的轨迹规划技术路线,首先将泊车轨迹规划任务表述为一则通用的最优控制问题;随后提出半空间约束理论,结合概略轨迹先验信息将原本具有高维度、强非凸非线性特点的名义避障约束简化为线性不等式约束,继而利用信任域约束进一步降低线性不等式约束的规模;最后调用非线性规划求解器对简化后的最优控制问题进行数值求解,可在极短时间内生成高精度数值最优泊车轨迹:将上述泊车轨迹规划方法命名为预设空间快速优化法。大量仿真试验表明,在同样使用混合A^(*)搜索算法提供先验的概略轨迹的前提下,预设空间快速优化法的求解成功率、计算耗时以及结果最优性均优于OBCA(Optimization-based collision avoidance)、LIOM(Lightweight iteratwe optimization method)等主流泊车轨迹优化算法。