无人驾驶电动赛车路径规划与跟踪控制研究

作     者：冀同涛 

作者单位：辽宁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明家;李刚;刘崇庆

授予年度：2020年

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] 

主      题：无人驾驶 电动赛车 定位与建图 路径规划 路径跟踪 数据处理 

摘      要：随着汽车产业的发展,汽车逐渐普及,已经成为非常普遍的交通工具。汽车数量的大幅度增长在便利了人们的生活的同时也带来了交通安全问题。而无人驾驶技术可以提高汽车在道路行驶中的安全性,解决交通安全问题,逐渐成为汽车领域的关键研究技术之一。无人驾驶技术主要包括环境感知、路径规划与跟踪控制等。本文针对无人驾驶电动方程式赛车路径规划与跟踪控制方法进行研究,旨在实现赛车安全行驶,提高赛车行驶性能。课题基于无人驾驶方程式赛车开发平台进行研究,研究内容主要分为四个部分:（1）无人驾驶电动赛车定位与建图方法研究。该方法是通过组合惯导得到赛车位置,将激光雷达的点云信息进行数据处理得到锥桶位置信息,结合赛车位置进行坐标转换,获得全局坐标系下的锥桶信息,从而建立赛道地图。仿真实验结果表明该方法可以有效地实现赛车定位与建立赛道地图的功能。（2）无人驾驶电动赛车路径规划方法研究。实时获取并处理组合惯导、激光雷达和相机等传感器数据。针对不同行驶赛道（直线加速赛道、八字环绕赛道和高速循迹赛道）采取不同的路径规划方法,实现赛车的路径规划功能。仿真实验结果表明该算法可以有效地实现赛车在相应赛道的路径规划功能。（3）无人驾驶电动赛车路径跟踪控制方法研究。为实现赛车能够跟踪规划好的路径的功能,本文运用车辆运动学模型的横向控制算法原理设计了赛车的跟踪控制算法,并进行了仿真实验,结果表明该算法能够很好地实现跟踪路径的目的,跟踪误差较小,在中低速情况下能够满足对赛车的路径跟踪要求。（4）实车实验。为了验证算法的有效性,对研究的定位与建图算法、路径规划算法以及路径跟踪算法进行了实车实验并参加FSAC赛事。实车实验和赛事过程表明论文研究的算法可以很好地实现赛车在赛道中的赛车定位、路径规划与跟踪控制功能。本文研究的方法对无人驾驶电动赛车路径规划与跟踪控制有很好的可行性和实用性。仿真实验和实车实验结果表明论文所研究的算法能够使无人驾驶电动赛车安全平稳地行驶,完成比赛。应用这些算法的无人驾驶电动赛车在2019年中国大学生无人驾驶方程式大赛中取得优异成绩。