基于无人驾驶车辆能量和时间的权衡优化区域覆盖算法



基于无人驾驶车辆能量和时间的权衡优化区域覆盖算法

区域覆盖问题是研究无人驾驶车辆的一个重要问题。基于传感器的区域覆盖问题是指在未知环境中利用传感器提供的信息寻找一条路径，使无人驾驶车辆可以遍历所有目标点。以前对区域覆盖算法的研究多集中在生成路径算法，并假设车辆能够沿生成路径行驶，未考虑时间限制和能源消耗。现实中，无人驾驶车辆携带能源有限，因而限制了其应用。综合考虑时间和能源消耗，提出了一个新的成本函数以用来优化区域覆盖中产生的路径，尽可能降低能源消耗。

从路径生成、优化控制、能源消耗以及无人驾驶车辆模型等方面介绍了区域覆盖问题。其中，路径生成算法采用交互书写法分解路径生成算法，使用变分法实现最优控制，并根据相关参数拟合电机的效率曲线，给出无人驾驶车辆的动力学模型。结合车辆动力学模型、覆盖区域和电机效率，提出了一种新的成本函数，并对其中的参数及权重系数进行了详细说明，该成本函数能反映出无人驾驶车辆区域覆盖所消耗的时间和能源。分析了无人驾驶车辆沿规划路径行驶时直线行驶状态和转弯状态，并通过改变车辆的转弯状态缩短行驶时间。分析了包含新成本函数区域覆盖算法的3种情况：①不考虑驱动电机效率；②电机在最大转速处取得最高效率；③电机在低于最大转速处取得最高效率。

对所提出的覆盖区域算法进行试验验证的结果表明，包含新成本函数的区域覆盖算法可以生成一条遍历整个区域的最优路径；可节约能源消耗25%，在无人驾驶车辆携带能源数量不变的情况下，相当于延长了无人驾驶车辆的工作时间。

刊名：Auton Robot（英）

刊期：2014年第36期

作者：John A. Broderick

编译：王维