基于無人駕駛車輛能量和時間的權衡優化區域覆蓋算法

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基于無人駕駛車輛能量和時間的權衡優化區域覆蓋算法

區域覆蓋問題是研究無人駕駛車輛的一個重要問題。基于傳感器的區域覆蓋問題是指在未知環境中利用傳感器提供的信息尋找一條路徑，使無人駕駛車輛可以遍歷所有目標點。以前對區域覆蓋算法的研究多集中在生成路徑算法，并假設車輛能夠沿生成路徑行駛，未考慮時間限制和能源消耗。現實中，無人駕駛車輛攜帶能源有限，因而限制了其應用。綜合考慮時間和能源消耗，提出了一個新的成本函數以用來優化區域覆蓋中產生的路徑，盡可能降低能源消耗。

從路徑生成、優化控制、能源消耗以及無人駕駛車輛模型等方面介紹了區域覆蓋問題。其中，路徑生成算法采用交互書寫法分解路徑生成算法，使用變分法實現最優控制，并根據相關參數擬合電機的效率曲線，給出無人駕駛車輛的動力學模型。結合車輛動力學模型、覆蓋區域和電機效率，提出了一種新的成本函數，并對其中的參數及權重系數進行了詳細說明，該成本函數能反映出無人駕駛車輛區域覆蓋所消耗的時間和能源。分析了無人駕駛車輛沿規劃路徑行駛時直線行駛狀態和轉彎狀態，并通過改變車輛的轉彎狀態縮短行駛時間。分析了包含新成本函數區域覆蓋算法的3種情況：①不考慮驅動電機效率；②電機在最大轉速處取得最高效率；③電機在低于最大轉速處取得最高效率。

對所提出的覆蓋區域算法進行試驗驗證的結果表明，包含新成本函數的區域覆蓋算法可以生成一條遍歷整個區域的最優路徑；可節約能源消耗25%，在無人駕駛車輛攜帶能源數量不變的情況下，相當于延長了無人駕駛車輛的工作時間。

刊名：Auton Robot（英）

刊期：2014年第36期

作者：John A. Broderick

編譯：王維