Nghiên cứu ô tô tự lái trong trường hợp tìm vị trí đỗ xe

Trong nghiên cứu này bài viết tập trung vào áp dụng phương pháp cây ngẫu nhiên RRT và thuật toán Hybric A Star để tìm đường đi tham chiếu tối ưu cho ô tô sau đó phương pháp Stanley và mô hình dự đoán phi tuyến để điều khiển ô tô đi theo đường đi tham chiếu. Kết quả mô phỏng đã thể hiện rõ hiệu quả của bộ điều khiển đề xuất khi sai lệch của tín hiệu đường đi tham chiếu và điều khiển luôn dưới mức 1%. Góc đánh lái và quỹ đạo chuyển động thể hiện ô tô luôn nằm trong ngưỡng đánh lái và đảm bảo tính ổn định của xe.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ô tô tự lái trong trường hợp tìm vị trí đỗ xeTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU Ô TÔ TỰ LÁI TRONG TRƯỜNG HỢP TÌM VỊ TRÍ ĐỖ XE Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Văn Tấn Sinh viên thực hiện: Trần Văn Đà Bùi Linh Trang Phạm Huy Hoàng Đặng Hoài Nam Đặng Đình Huy Lớp: Cơ khí ô tô K58 Kỹ sư tài năng K60 Kỹ sư tài năng K59 Tóm tắt: Ô tô tự hành là lĩnh vực đang được các nhà nghiên cứu quan tâm hiện nay. Trongđó, bãi đậu xe tự động được coi là một phần quan trọng trong nghiên cứu về ô tô tự hành. Khi sốlượng ô tô ngày càng tăng lên, việc đậu xe ngày càng trở thành một vấn đề nan giải, do vậy bãiđậu xe tự động là một phần không thể thiếu trong tương lai. Trong nghiên cứu này nhóm tập trungvào áp dụng phương pháp cây ngẫu nhiên RRT và thuật toán Hybric A Star để tìm đường đi thamchiếu tối ưu cho ô tô sau đó phương pháp Stanley và mô hình dự đoán phi tuyến để điều khiển ô tôđi theo đường đi tham chiếu. Kết quả mô phỏng đã thể hiện rõ hiệu quả của bộ điều khiển đề xuấtkhi sai lệch của tín hiệu đường đi tham chiếu và điều khiển luôn dưới mức 1%. Góc đánh lái vàquỹ đạo chuyển động thể hiện ô tô luôn nằm trong ngưỡng đánh lái và đảm bảo tính ổn định củaxe. Từ khóa: Mô hình dự đoán phi tuyến; Cây ngẫu nhiên RRT; Phương pháp Stanley; Đườngtham chiếu; Ô tô tự hành; Bãi đậu xe.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tự động đỗ xe là một trong những lĩnh vực được các nhà nghiên cứu quan tâm hiệnnay. Hệ thống tự động của ô tô sẽ kiểm soát và hướng ô tô đến điểm đỗ có sẵn. Một chứcnăng như vậy cần rất nhiều cảm biến bao gồm: camera phía trước và bên hông để phát hiệnvạch kẻ làn đường, biển báo đường (biển báo dừng, vạch kẻ đường ra, …), các phương tiệnkhác và người đi bộ. Cảm biến nắp và siêu âm để phát hiện chướng ngại vật và tính toáncác phép đo khoảng cách chính xác; cảm biến siêu âm để phát hiện chướng ngại vật.Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 37TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Về kế hoạch và kiểm soát đường đi, hiện nay các nhà nghiên cứu đề ra nhiều phươngpháp điều khiển có thể kể đến: đỗ xe song song cho xe tự hành sử dụng đường congCompertz (Aneesh, et al 2014); phương pháp tiệm cận thuật toán di truyền đối với phươngtiện thông minh tự hành (Diya, et al 2017); kiểm soát lái xe với điều khiển dự báo MPC đểtheo dõi quỹ đạo theo mục tiêu của bãi đậu xe (Tsutomo, et al 2013); bãi đậu xe tự độngdành cho xe tự hành dựa trên Vehicular AD Hoc Networking (Michel, et al 2014). Ở đề tài nghiên này, nhóm đề xuất phương pháp dựa trên động lực học của ô tô vàcác ràng buộc để lập một đường đi hình học khả thi. Sau đó sử dụng thuật toán Stanley vàmô hình dự đoán phi tuyến để điều khiển quỹ đạo ô tô đi theo đường tham chiếu. Cách tiếpcận này yêu cầu độ chính xác điều khiển cao về tốc độ và hướng chuyển động. Do vậy nóphù hợp cho việc áp dụng vào xe tự hành. Nhóm sử thuật toán cây ngẫu nhiên RRT(Karaman, et al 2010), (Hoffmann, et al 2007) và Hybric A Star để tìm đường tham chiếutối ưu cho ô tô và sử dụng thuật toán bám theo quỹ đạo để đảm bảo về mặt động lực họccủa xe và an toàn của người lái.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH2.1. Thiết kế thuật toán tạo đường tham chiếu2.1.1. Thiết kế thuật toán RRT* Cây khám phá ngẫu nhiên nhanh (RRT*) là thuật toán phát triển một cây bắt nguồntừ điểm bắt đầu bằng cách sử dụng các mẫu ngẫu nhiên từ không gian tìm kiếm. Khi mỗimẫu được rút ra, ta sẽ có được kết nối giữa nó và trạng thái gần nhất trong cây. Bảng 1. Quy trình thiết kế thuật toán RRT*Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 38TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI2.1.2. Thiết kế thuật toán Hybric A Star Hybric A Star có khả năng tìm kiếm theo lưới bằng cách áp dụng ràng buộc động họccơ bản của một chiếc xe giúp tạo ra đường tham chiếu cho ô tô tự hành có khả năng bámsát nhất có thể. Hình 2. Quy trình thuật toán Hybric A Star2.2. Thiết kế thuật toán điều khiển theo đường đi tham chiếu2.2.1. Thiết kế thuật toán Stanley Phương pháp Stanley được bắt đầu từ 1 chiếc xe có tên là Stanley. Stanley là mộtchiếc xe tự hành được tạo ra bởi Đội đua Stanford của Đại học Stanford hợp tác với Phòngthí nghiệm Nghiên cứu Điện tử Volkswagen (ERL). Nó đã giành được giải nhất trong cuộcthi DARP ...