论文总字数：36344字

摘 要

本文采用人工势场法作为避障算法的基础，在了解全局信息的基础上，通过模拟小车每个位置所受合力，进而获得该位置小车的行驶方向，从而实现全局路径的规划。

在全局路径规划中，不仅要考虑到路径的绝对安全性，还要考虑到进行路径跟踪时的消耗，如路径长度以及加减速的问题。人工势场法虽然具有较高的安全性以及可以生成较平滑的路径，但可能会出现由于距离障碍物较远而受到较小的障碍物斥力，导致规划的路径到达障碍物近处后仍需减速绕行的情况，此时便需要使用另一个程序来完成路径优化的功能，即去掉多余的不必要的路径，减少路径跟踪消耗，从而达到减少燃油消耗，提高效率的目的。

实验部分主要进行了避障算法的实现，即利用人工势场法完成小车的避障任务。实验结果显示，该方法有较好的安全性，并且生成的路径较为平滑，基本符合实验的要求。

关键词：路径规划，人工势场法，避障，激光雷达

Abstract

In this paper, the artificial potential field method is used as the basis of the obstacle avoidance algorithm. Based on the understanding of the global information, by simulating the resultant force of each position of the trolley, the driving direction of the trolley in this position is obtained, thereby realizing the planning of the global path.

In the global path planning, not only the absolute safety of the path but also the consumption of the path tracking, such as the path length and acceleration and deceleration, must be taken into account. Although the artificial potential field method has a high degree of security and can generate smoother paths, it may be subject to less obstacle repulsion due to the distance from obstacles, and the planned path still needs to be approached after reaching an obstacle. In the deceleration detour situation, another program needs to use another program to complete the path optimization function, that is, to remove unnecessary paths and reduce the path tracking consumption, thereby achieving the purpose of reducing fuel consumption and improving efficiency.

The experimental part mainly implements the obstacle avoidance algorithm, that is, the artificial potential field method is used to complete the obstacle avoidance task of the car. The experimental results show that this method has better security, and the generated path is relatively smooth, basically meeting the requirements of the experiment.

KEY WORDS: route plan, obstacle avoidance, laser radar, artificial potential field,

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外组织研究现状 2

1.3 论文组织结构 3

第二章 问题描述及算法选择与实现 4

2.1 问题描述 4

2.2 小车定位 4

2.3 人工势场法的选择 4

2.3.1 矢量直方图法 4

2.3.2 人工势场法 4

2.3.3 引力场与引力函数 5

2.3.4 斥力场与斥力函数 5

2.4 雷达数据的处理方式 6

2.4.1 滤波除噪 6

2.4.2 雷达数据点的预处理 6

2.4.3 障碍物简化 7

2.5 基于人工势场法的程序的实现 8

2.5.1 非车道运行时引力的定义 8

2.5.2 车道运行时引力的定义 9

2.5.3 障碍物斥力的定义 9

2.5.4 轨道斥力的定义 9

2.5.5 不同类型障碍物斥力的计算 9

2.5.6 力的叠加 10

第三章 程序的模拟与路径优化 11

3.1 程序的模拟 11

3.1.1 非车道路径规划问题 11

3.1.2 车道的行驶避障问题 12

3.2 路径优化 13

3.2.1 路径分线部分 13

3.2.2 路径优化部分 13

第四章 实车实验的调整与实验结果 15

4.1 实验小车平台情况 15

4.2 实车实验改动 16

4.2.1 车速控制目标 16

4.2.2 小车的转向角 16

4.3 实验结果 16

第五章 总结 20

第六章 致谢 21

参考文献 22

附录：模拟程序 23

绪论

课题研究背景及意义

随着经济的发展以及生产力的提高，人民的物质生活水平也在不断的上升，曾经作为奢侈品出现的汽车，现在也逐渐成为了人们日常生活中必不可少的代步工具，无论是私家车、出租车、或者是公共汽车，都使人们的生活更加的便捷。汽车产业的发展情况也逐渐被视为国家科学技术和制造技术高低的象征，也可以从某种程度上反映出综合国力的强弱。而从经济方面来说，汽车销售以及其附属产业的发展也为我国飞速发展的经济状况提供了强有力的支持。

根据中国汽车工业协会进行调查整理之后的数据以及由海关总署所支持的汽车商品进出口数据我们可以得出，我国在2017年的汽车方面商品进口、出口总额高达1716.82亿美元，相较于去年同一时间相同项目的增长率达9.77%，在之前提及的数据之中，进口量高达882.71亿美元，相较于去年同一时间相同项目的增长率达10.69%，出口量带来的经济增长为834.11亿美元，相较于去年同一时间相同项目的增长率达8.81%，贸易逆差48.60 亿美元，比上年增加 17.68 亿美元。汽车商品进出口总体表现好于上年，汽车商品进口金额增速同比提升，出口金额结束下降趋势，有所增长^[1]。由此可见，我国汽车行业的发展已经具有一定规模并且呈现出较好的发展趋势，但仍有难以忽视的贸易逆差存在，依然有较大的发展空间，仍需努力发展提高产品竞争力，以便改善现状。

我国在2017年的汽车销售量为2887.9万辆，较于去年同一时间相同项目的增长率达3%，再度创造新的历史成绩，连续九年在该领域领跑全球。新能源汽车的销售量增加速度高达53.3%，采用自主品牌的乘用车在市场份额的占比增加了0.7个百分点^[2]。

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