Управление курсовым движением беспилотного автомобиля на основе алгоритма оптимального управления

Представлен алгоритм оптимального управления наземным беспилотным транспортным средством. Основной целью является получение решения задачи управления, позволяющего переводить беспилотный автомобиль (БПА) из начального положения в заданное конечное за определенное время. С учетом развития микропроцессорной техники и значительной экономической выгоды использования беспилотных транспортных средств данная задача является актуальной. Множество исследований в области управления БПА касается вопроса их применения в городских условиях и на пересеченной местности. В данной работе представлено решение задачи оптимального управления БПА с использованием принципа максимума. Решена задача оптимального управления в детерминированной постановке с интегро-терминальным критерием. Решение двухточечной краевой задачи, возникающей из принципа максимума, осуществлено с помощью метода Ньютона. Получены диапазоны начальных значений сопряженных переменных, обеспечивающих сходимость вычислений. Для выбранной математической модели курсового движения автомобиля получены решения поставленной задачи. Приведены результаты численного моделирования, показывающие возможность использования предложенного алгоритма для осуществления управления БПА при различных начальных и конечных условиях. Алгоритм успешно применен при наличии штрафной зоны. Алгоритм может быть использован при применении концепции "гибких траекторий" в задачах управления подвижными объектами

1. Юсупов Д. Т. Аналитический обзор подходов к управлению продольной и поперечной динамикой беспилотного автомобиля // Труды НАМИ. 2023. № 1. С. 82—90.

2. Юзаева А. Г., Кукарцев В. В. Беспилотные автомобили: опасности и перспективы развития // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 2. С. 120—122.

3. Краснопевцева Н. А., Стычев С. Н., Мальцев С. А. Анализ существующих систем безопасности управления беспилотным автомобилем // В сб.: Проблемы и перспективы реализации междисциплинарных исследований. Сб. статей Всеросс. науч.-практ. конф. 2019. С. 11—12.

4. Chu W., Wuniri Q., Du X., Huang T., Li K. Cloud Control System Architectures, Technologies and Applications on Intelligent and Connected Vehicles: a Review // Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition). 2021. Vol. 34, N. 1. P. 1—23.

5. Кобылинский А. Ю. Опасности и перспективы развития беспилотного автомобильного транспорта // Наука, техника и образование. 2022. Т. 86, № 3. С. 40—44.

6. Gopinath K., Narayanamurthy G. Meta-analysis of autonomous vehicles adoption — Moderating role of automation level, ownership and culture // International Journal of Information Management. 2022. Vol. 66. P. 1—13.

7. Павловский В. Е., Огольцов В. Н., Спиридонова И. А., Павловский Е. В. Управление беспилотным автомобилем в проекте "АВТОНИВА" // Робототехника и техническая кибернетика. 2015. Т. 9, № 4. С. 41—46.

8. Зубов И. Г. Обработка и анализ видеоданных в системе управления беспилотного автомобиля // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2021. № 4. С. 96—99.

9. Спиридон А. А., Волосников А. С. Обработка сигналов датчиков в системе управления беспилотным автомобилем // Наука ЮУрГУ: Секции технических наук. Матер. 73-й научн. конф. 2021. С. 465—472.

10. Chuan Z. B., Ming L. G., Wang P. S., Li Y., Peng L. H. Research on Key Technology of Auto-driving Based on Machine Vision // ACM International Conference Proceeding Series. 2021. P. 429—433.

11. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

12. Малышев В. В. Методы оптимизации в задачах системного анализа и управления. Учеб. пособ. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010. 440 с.

13. Кабанов С. А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 200 с.

14. Лось А. В. Современное состояние подходов к синтезу наземных беспилотных транспортных средств и основные проблемы концепции "беспилотный автомобиль". Текст: непосредственный // Молодой ученый. 2022. Т. 417, № 22. С. 91—94.

15. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / Под ред. А. А. Хачатурова. М.: Машиностроение, 1976. 535 с.

16. Кабанов Д. С., Крашенинников Б. А. Управление траекторией автомобиля с использованием алгоритма последовательной оптимизации // Изв. ВУЗов. Приборостроение. 2008. Т.51, № 10. С. 21—24.

17. Кабанов С. А., Кабанов Д. С., Митин Ф. В. Оптимизация курсового движения беспилотного автомобиля при наличии препятствий и возмущений // Мехатроника, автоматизация, управление. 2023. Т. 24, № 2. C. 93—100.

18. Литвинов А. С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, 1971. 417 с.

19. Теряев Е. Д., Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б., Петрин К. В. Концепция "гибких кинематических траекторий" в задачах терминального управления подвижными объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 12. С. 7—15.

20. Кабанов С. А., Кабанов Д. С., Митин Ф. В. Расчет аэрогидродинамических характеристик и траекторий подвижных объектов. Учеб. пособ. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2019. 159 с.