مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

ردیابی مسیر خودروی خودران جهت انجام مانور حفظ خط با استفاده از روش کنترل پیش بین مدل تطبیقی (AMPC)

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
چکیده
خودروهای خودران با هدف بهبود ایمنی جاده‌ ها، مشکلات ترافیکی و راحتی مسافران طراحی شده ‌اند. برای این منظور، سیستم های حفظ خط (LK) راهکارهای مهم و مناسبی هستند. وظیفه اصلی این قبیل از خودروها، پیش ‌بینی فعالیت‌ ها و اهداف عابران پیاده و سایر وسایل نقلیه می باشد. این پژوهش به پیاده سازی مدلی جهت توسعه عملکرد حفظ خط برای یک خودروی خودران می پردازد. در واقع مدل سازی و تشخیص خط با جعبه ابزار سیستم رانندگی خودکار در نرم افزار متلب نسخه 2022 انجام شده است که امکان توسعه خودروهای خودران را با ارائه الگوریتم ‌های بینایی کامپیوتری فراهم می ‌کند. همچنین با استفاده از اطلاعات به ‌دست ‌آمده از فاز تشخیص خط،  مسیر لازم برای مکانیزم حفظ خط ایجاد خواهد شد. در این پژوهش به منظور دنبال کردن مسیر، از یک کنترلر با استفاده از تئوری کنترل پیش ‌بینی مدل (MPC) استفاده شده است، به طوریکه پس از محاسبه مقادیر زاویه فرمان، خودروی خودران مسیر پیش بینی شده را دنبال خواهد نمود. در نهایت نتایج روش کنترلی پیشنهادی یعنی روش کنترل پیش ‌بینی مدل تطبیقی (AMPC) با نتایج حاصل از روش کنترلی تناسبی- انتگرالی- مشتقی (PID) صحت سنجی و ارزیابی می شوند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] European Road Safety Observatory (ERSO), “Advanced driver assistance systems,” European Commission, 2018, [Online]. Available: www.erso.eu.
 
[2] A. Assidiq, O. Khalifa, R. Islam, and S. Khan, “Real time lane detection for autonomous vehicles,” ICCCE 2008: International Conference on, pp. 82–88, 2008, https://doi.org/10.1109/ICCCE.2008.4580573.
 
[3] X. Xu, J. W. Grizzle, P. Tabuada, and A. D. Ames, “Correctness guarantees for the composition of lane keeping and adaptive cruise control,” IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 1216–1229, Jul. 2018, https://doi.org/10.1109/TASE.2017.2760863.
 
[4] S. Dai and X. Koutsoukos, “Safety analysis of integrated adaptive cruise and lane keeping control using multi-modal port-Hamiltonian systems,” Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, Vol. 35, Feb. 2020, https://doi.org/10.1016/j.nahs.2019.100816.
 
 [5] J. Liang, Y. Yang, X. Zhu, and K. Sheng, “Realization of emergency lane keeping system by adaptive control based on the finite state machine,” Proceedings of the 5th CAA International Conference on Vehicular Control Intelligence (CVCI), pp. 1–6, Oct. 2021, https://doi.org/10.1109/CVCI54083.2021.9661249.
 
 [6] S. Xu, H. Peng, P. Lu, M. Zhu, and Y. Tang, “Design and experiments of safeguard protected preview lane keeping control for autonomous vehicles,” IEEE Access, Vol. 8, pp. 29944–29953, 2020, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2972329.
 
 [7] C. Sentouh, A.-T. Nguyen, M. A. Benloucif, and J.-C. Popieul, “Driver-automation cooperation-oriented approach for shared control of lane keeping assist systems,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 27, No. 5, pp. 1962–1978, Sep. 2019, https://doi.org/10.1109/TCST.2018.2842211.
 
 [8] Y. Xu, B. Y. Chen, X. Shan, W. H. Jia, Z. F. Lu, and G. Xu, “Model predictive control for lane keeping system in autonomous vehicles,” International Conference on Power Electronics Systems and Applications (PESA), IEEE, pp. 1–5, 2017, https://doi.org/10.1109/PESA.2017.8277758.
 
 
[9] V. Turri, A. Carvalho, H. E. Tseng, K. H. Johansson, and F. Borrelli, “Linear model predictive control for lane keeping and obstacle avoidance on low curvature roads,” 16th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), The Hague, The Netherlands, pp. 378–383, Oct. 2013, https://doi.org/10.1109/ITSC.2013.6728261.
 
[10] R. Marino, S. Scalzi, G. Orlando, and M. Netto, “A nested PID steering control for lane keeping in vision-based autonomous vehicles,” Proceedings of the 2009 Conference on American Control Conference, St. Louis, Missouri, USA, pp. 2885–2890, 2009, https://doi.org/10.1109/ACC.2009.5160343.
 
[11] M. Bujarbaruah, X. Zhang, H. E. Tseng, and F. Borrelli, “Adaptive MPC for autonomous lane keeping,” 14th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC), Beijing, China, Jul. 2018, arXiv:1806.04335.
 
[12] R. C. Rafaila and G. Livint, “Nonlinear model predictive control of autonomous vehicle steering,” 19th International Conference on System Theory, Control, and Computing (ICSTCC), Cheile Gradistei, Romania, pp.466–471, Oct. 2015, https://doi.org/10.1109/ICSTCC.2015.7321337.
 
[13] MATLAB, “Visual perception using monocular camera,” [Online], 2018. Available: https://it.mathworks.com/help/driving/examples/visual-perception-using-monocular-camera.html.
 
[14] “Focal length definition,” [Online]. Available: http://www.pcigeomatics.com/geomatica-help/concepts/orthoengine_c/Chapter_44.html, Verified: 25/09/2018.
 
[15] “Principal point definition,” [Online]. Available: http://www.pcigeomatics.com/geomatica-help/concepts/orthoengine_c/Chapter_45.html, Verified: 25/09/2018.
 
[16] MATLAB, “Single Camera Calibrator App,” [Online], 2018. Available: https://it.mathworks.com/help/vision/ug/single-camera-calibrator-app.html.
 
[17] Z. Zhang, “A flexible new technique for camera calibration,” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 22, No. 11, pp. 1330–1334, 2000, https://doi.org/10.1109/34.888718.
 
[18] J. Heikkila and O. Silven, “A four-step camera calibration procedure with implicit image correction,” IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1997, https://doi.org/10.1109/CVPR.1997.609468.
 
 [19] D. Scaramuzza, A. Martinelli, and R. Siegwart, “A toolbox for easy calibrating omnidirectional cameras,” Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Beijing, China, Oct. 7–15, 2006, https://doi.org/10.1109/IROS.2006.282372.
 
 
[20] S. Urban, J. Leitloff, and S. Hinz, “Improved wide-angle, fisheye, and omnidirectional camera calibration,” ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 108, pp. 72–79, 2015, https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2015.06.006.

  • تاریخ دریافت 26 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری 02 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 01 خرداد 1403