兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 2110-2127.doi: 10.12382/bgxb.2023.0132
收稿日期:
2023-02-24
上线日期:
2023-11-18
通讯作者:
基金资助:
TIAN Hongqing1, MA Mingtao1, ZHANG Bo1, ZHENG Xunjia2,*()
Received:
2023-02-24
Online:
2023-11-18
摘要:
智能车辆路径规划是智能驾驶的一项关键技术,传统的车辆路径规划方法以最短通行距离或最小通行时间为优化目标,忽视了规划过程中的车辆运动风险。在快速随机搜索树算法的基础上,运用势场模型量化评估车辆运动风险。在快速获得车辆初始运动轨迹的基础上,以车辆运动轨迹的安全性以及通行距离和车辆转角作为运动轨迹评估依据,采用轨迹重构优化方法持续优化车辆运动轨迹。采用场景模拟仿真方法,验证规划轨迹的性能。仿真实验结果表明,在典型场景下,该方法具备平衡车辆运动效率与安全性能的特点,能在越野环境中规避障碍物和环境威胁,所规划的运动轨迹符合车辆运动学特性,运动轨迹的安全性好,通行效率较高。
中图分类号:
田洪清, 马明涛, 张博, 郑讯佳. 越野环境下势场搜索树智能车辆路径规划方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2110-2127.
TIAN Hongqing, MA Mingtao, ZHANG Bo, ZHENG Xunjia. Potential Field Exploring Tree Path Planning for Intelligent Vehicle in Off-road Environment[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(7): 2110-2127.
车辆参数 | 数值 |
---|---|
外形尺寸(长×宽×高)/mm | 4955×2137×1920 |
轴距/mm | 3300 |
整车质量/kg | 3200 |
行驶车速/(km·h-1) | 30 |
表1 路径规划仿真参数
Table 1 Path planning simulation parameters
车辆参数 | 数值 |
---|---|
外形尺寸(长×宽×高)/mm | 4955×2137×1920 |
轴距/mm | 3300 |
整车质量/kg | 3200 |
行驶车速/(km·h-1) | 30 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 1999 | 161 | 2.17 | 2160 |
Q-RRT* | 1876 | 265 | 1.62 | 2141 |
A-PRM | 2102 | 60 | 12.22 | 2162 |
A* | 1946 | 415 | 5.0 | 2361 |
PFT* | 2018 | 33 | 22.80 | 2051 |
表2 仿真实验结果数据对比(场景1)
Table 2 Comparisonof simulated results (Scenario 1)
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 1999 | 161 | 2.17 | 2160 |
Q-RRT* | 1876 | 265 | 1.62 | 2141 |
A-PRM | 2102 | 60 | 12.22 | 2162 |
A* | 1946 | 415 | 5.0 | 2361 |
PFT* | 2018 | 33 | 22.80 | 2051 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 越野距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 702 | 503 | 560 | 1 205 |
Q-RRT* | 683 | 498 | 565 | 1 181 |
A-PRM | 1 160 | 98 | 60 | 1 258 |
A* | 1 457 | 267 | 0 | 1 724 |
PFT* | 908 | 240 | 308 | 1 148 |
表3 仿真实验结果数据对比(场景2)
Table 3 Comparison of simulated results (Scenario 2)
算法 | 距离/m | 势场值 | 越野距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 702 | 503 | 560 | 1 205 |
Q-RRT* | 683 | 498 | 565 | 1 181 |
A-PRM | 1 160 | 98 | 60 | 1 258 |
A* | 1 457 | 267 | 0 | 1 724 |
PFT* | 908 | 240 | 308 | 1 148 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1417 | 971 | 2.95 | 235 | 2389 |
Q-RRT* | 1341 | 676 | 1.82 | 200 | 2017 |
A-PRM | 1628 | 318 | 17.04 | 70 | 1946 |
A* | 1616 | 326 | 13.41 | 0 | 1942 |
PFT* | 1629 | 109 | 23.30 | 42 | 1738 |
表4 仿真实验结果数据对比(场景3)
Table 4 Comparison of simulated results (Scenario 3)
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1417 | 971 | 2.95 | 235 | 2389 |
Q-RRT* | 1341 | 676 | 1.82 | 200 | 2017 |
A-PRM | 1628 | 318 | 17.04 | 70 | 1946 |
A* | 1616 | 326 | 13.41 | 0 | 1942 |
PFT* | 1629 | 109 | 23.30 | 42 | 1738 |
算法 | 距离/ m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 最近威胁 距离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1138 | 230 | 3.41 | 0 | 105 | 1368 |
Q-RRT* | 1046 | 158 | 1.76 | 0 | 150 | 1204 |
A-PRM | 1147 | 326 | 1.94 | 98 | 139 | 1473 |
A* | 1102 | 126 | 13.44 | 0 | 123 | 1228 |
PFT* | 1128 | 41 | 18.21 | 0 | 110 | 1169 |
表5 仿真实验结果数据对比(场景4)
Table 5 Comparison of simulated results (Scenario 4)
算法 | 距离/ m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 最近威胁 距离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1138 | 230 | 3.41 | 0 | 105 | 1368 |
Q-RRT* | 1046 | 158 | 1.76 | 0 | 150 | 1204 |
A-PRM | 1147 | 326 | 1.94 | 98 | 139 | 1473 |
A* | 1102 | 126 | 13.44 | 0 | 123 | 1228 |
PFT* | 1128 | 41 | 18.21 | 0 | 110 | 1169 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1 302 | 668 | 3.30 | 80 | 1 970 |
Q-RRT* | 1 244 | 530 | 1.96 | 0 | 1 774 |
A-PRM | 1 276 | 236 | 11.11 | 0 | 1 512 |
A* | 1 262 | 186 | 5.01 | 0 | 1 448 |
PFT* | 1 338 | 97 | 18.12 | 0 | 1 435 |
表6 仿真实验结果数据对比(场景5)
Table 6 Comparison of simulated results (Scenario 5)
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|
FMT* | 1 302 | 668 | 3.30 | 80 | 1 970 |
Q-RRT* | 1 244 | 530 | 1.96 | 0 | 1 774 |
A-PRM | 1 276 | 236 | 11.11 | 0 | 1 512 |
A* | 1 262 | 186 | 5.01 | 0 | 1 448 |
PFT* | 1 338 | 97 | 18.12 | 0 | 1 435 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 最近威胁 距离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|---|
FMT* | 868 | 514 | 4.89 | 185 | 49 | 1382 |
Q-RRT* | 838 | 438 | 9.89 | 125 | 50 | 1276 |
A-PRM | 967 | 232 | 29.31 | 70 | 82 | 1199 |
A* | 915 | 490 | 13 | 0 | 0.45 | 1405 |
PFT* | 914 | 132 | 34.15 | 60 | 89 | 1046 |
表7 仿真实验结果数据对比(场景6)
Table 7 Comparison of simulated results (Scenario 6)
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍 距离/m | 越野距 离/m | 最近威胁 距离/m | 通行 代价 |
---|---|---|---|---|---|---|
FMT* | 868 | 514 | 4.89 | 185 | 49 | 1382 |
Q-RRT* | 838 | 438 | 9.89 | 125 | 50 | 1276 |
A-PRM | 967 | 232 | 29.31 | 70 | 82 | 1199 |
A* | 915 | 490 | 13 | 0 | 0.45 | 1405 |
PFT* | 914 | 132 | 34.15 | 60 | 89 | 1046 |
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 2 218 | 410 | 2.9 | 2 628 |
Q-RRT* | 2 188 | 144 | 3.3 | 2 332 |
A-PRM | 2 359 | 180 | 16.1 | 2 539 |
A* | 2 403 | 144 | 13.4 | 2 547 |
PFT* | 2 274 | 0 | 44.2 | 2 274 |
表8 高程地图规划数据对比(场景7)
Table 8 Planning data comparison in elevation map (Scenario 7)
算法 | 距离/m | 势场值 | 最近障碍距离/m | 通行代价 |
---|---|---|---|---|
FMT* | 2 218 | 410 | 2.9 | 2 628 |
Q-RRT* | 2 188 | 144 | 3.3 | 2 332 |
A-PRM | 2 359 | 180 | 16.1 | 2 539 |
A* | 2 403 | 144 | 13.4 | 2 547 |
PFT* | 2 274 | 0 | 44.2 | 2 274 |
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