无人驾驶汽车的基本框架是如何颠覆我们的认知的最后一节(控制)

时间:2021-02-25 17:46    阅读量:883    来源:亿融创服

信息来源:无人驾驶视界

04、控制

控制层作为无人车系统的最底层,其任务是将我们规划好的动作实现,所以控制模块的评价指标即为控制的精准度。

控制系统内部会存在测量,控制器通过比较车辆的测量和我们预期的状态输出控制动作,这一过程被称为反馈控制(Feedback Control)。

反馈控制被广泛的应用于自动化控制领域,其中最典型的反馈控制器当属PID控制器(Proportional-Integral-Derivative Controller),PID控制器的控制原理是基于一个单纯的误差信号,这个误差信号由三项构成:误差的比例(Proportion),误差的积分(Integral)和误差的微分(Derivative)。

PID控制因其实现简单,性能稳定到目前仍然是工业界最广泛使用的控制器,但是作为纯反馈控制器,PID控制器在无人车控制中却存在一定的问题:PID控制器是单纯基于当前误差反馈的,由于制动机构的延迟性,会给我们的控制本身带来延迟,而PID由于内部不存在系统模型,故PID不能对延迟建模,为了解决这一问题,我们引入基于模型预测的控制方法。

预测模型:基于当前的状态和控制输入预测未来一段时间的状态的模型,在无人车系统中,通常是指车辆的运动学/动力学模型;反馈校正:对模型施加了反馈校正的过程,使预测控制具有很强的抗扰动和克服系统不确定性的能力。

滚动优化:滚动地优化控制序列,以得到和参考轨迹最接近的预测序列。参考轨迹:即设定的轨迹。下图表示模型预测控制的基本结构,由于模型预测控制基于运动模型进行优化,在PID控制中面临的控制延时问题可以再建立模型考虑进去,所以模型预测控制在无人车控制中具有很高的应用价值。

05、小结

在本节我们概述了无人驾驶系统的基本结构,无人驾驶软件系统通常被划分为四层:感知,定位、规划和控制。

从某种程度上而言,无人车在这种分层体系下就可以看作是一个“载人机器人”,其中,感知具体包括环境感知和定位,近年来深度学习的突破,使得基于图像和深度学习的感知技术在环境感知中发挥了越来越重要的作用,借助人工智能,我们已经不再局限于感知障碍物,而逐渐变成理解障碍物是什么,理解场景,甚至预测目标障碍物的行为。

在实际的无人车感知中,我们通常需要融合激光雷达,相机和毫米波雷达等多种测量,这里涉及到的如卡尔曼滤波,扩展卡尔曼滤波等融合算法以及激光雷达。

无人车和机器人的定位方法众多,目前主流的方法一是使用GPS+惯性导航系统融合的方法,二是基于Lidar点云扫描匹配的方法,将重点介绍ICP,NDT等基于点云匹配的算法。

-End-


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