Learning-Based Path Planning and Predictive Control for Autonomous Vehicles With Low-Cost Positioning

运动规划 模型预测控制 计算机科学 约束(计算机辅助设计) 路径(计算) 强化学习 控制(管理) 避碰 领域(数学) 实时计算 控制工程 人工智能 碰撞 工程类 机器人 程序设计语言 纯数学 机械工程 计算机安全 数学
作者
Ziheng Qi,Tong Wang,Jian Chen,Deepak Narang,Yuexuan Wang,Huayong Yang
出处
期刊:IEEE transactions on intelligent vehicles [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:8 (2): 1093-1104 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tiv.2022.3146972
摘要

Navigation algorithms for autonomous vehicles have become the subject of increasing interest, but most of them heavily rely on expensive high-precision positioning equipment, which hinders autonomous vehicles’ development. In this article, we propose a path planning and control framework for autonomous vehicles with low-cost positioning. For the path planning layer, a potential field is constructed by the potential functions of road boundaries, obstacles, and reference waypoints. According to the potential field, a reinforcement learning agent is developed to generate a collision-free path for path tracking. For the control layer, a model predictive control based on vehicle dynamics is designed and a linear terminal constraint is considered. Simulation results show that the proposed algorithm can effectively avoid static and dynamic obstacles. Moreover, compared with traditional methods, the proposed algorithm performs better when the positioning devices are imprecise. Furthermore, the real-time performance can meet the requirements of navigation.

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