基于激光雷达的无人驾驶汽车自主寻迹研究

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1、分类号:U27;U4610710-2015122020硕士学位论文基于激光雷达的无人驾驶汽车自主寻迹研究王文宇导师姓名职称韩毅副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称车辆工程论文提交日期2018年4月17日论文答辩日期2018年6月3日学位授予单位长安大学ResearchonSelf-trackingofDriverlessVehicleBasedonLidarADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangWenyuSupervisor：Prof.Han

2、YiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要城市拥堵和交通事故已经成为当今社会急需解决的重大问题，随着传感器和计算机技术的快速发展，无人驾驶汽车被认为是解决问题的方案之一。自主寻迹功能是无人驾驶汽车安全行驶的保障，其主要依靠GPS技术对车辆进行定位与导航，但GPS信号在传输过程中容易被高大物体遮挡干扰，很难一直保持高精度的差分定位状态。为了解决GPS定位不准时的车辆寻迹控制问题，本文提出了一种基于激光雷达的自主寻迹方法。本文的思路是利用激光雷达采集的环境点云识别结构化道路的边界，然后控制无人驾

3、驶汽车的转向系统和行驶系统，使其与边界保持一定的距离向前寻迹行驶。主要研究内容如下：(1)研究激光雷达（HDL-64E）的性能参数，通过分析激光点云在径向方向和圆周方向上的距离分辨率确定识别道路边界的有效数据范围，并对UDP数据包结构进行分析，推导出由测量距离和角度计算激光点的三维坐标的计算公式。(2)提出一种基于图像处理的道路边界识别方法，首先对激光雷达的原始数据进行孤立噪点滤除和数组插值处理，再利用多特征滤波将路面点滤除，保留道路边界激光点云；然后通过舍弃高度信息将三维点云转换成二维图像，并利用激光点像素拉伸和闭

4、操作处理来解决边界像素间断问题，再使用逐行扫描算法来确定边界的具体位置；最后利用道路的固有属性进行干扰因素排除。(3)从上位机决策和下位机控制两个方面对车辆的寻迹控制进行研究，上位机通过偏移右边界至车辆位置处来生成目标路径，并由目标路径和车辆的相对位置关系计算车辆的目标前轮转角和目标车速；下位机采用改进的PID算法控制转向助力电机，对刹车控制采用模糊分档控制策略，并制定了详细的油门刹车切换规则。(4)针对国内无人驾驶汽车比赛中常见的四种典型场景，进行了道路边界识别测试，并选取一段500米的小曲率道路进行基于激光雷达的

5、车辆自主寻迹实验，通过结果分析验证了本文方法的可行性。关键词：无人驾驶汽车，激光雷达，道路边界识别，转向控制，速度控制IIIAbstractUrbancongestionandtrafficaccidentshavebecomethemajorproblemsthatneedtobesolvedurgently.Withtherapiddevelopmentofsensorandcomputertechnology,driverlessvehiclesareconsideredoneofthesolutionstot

6、heproblem.Self-trackingfunctionwhichmainlyreliesonGPStechnologytolocateandnavigatevehiclesguaranteessafedrivingofdriverlessvehicles.However,GPSsignalsareeasilydisturbedbytallandlargeobjectsduringtransmission.Itisdifficulttomaintainthedifferentialpositioningstat

7、uswithhighprecision.InordertosolvetheproblemofvehicletrackingcontrolwhenGPSpositioningisinaccurate,thispaperproposesaself-trackingmethodbasedonLidar.TheideaofthispaperistoidentifytheboundaryofthestructuredroadbyusingthepointcloudcollectedbyLidar,andthentocontro

8、lthesteeringsystemanddrivingsystemofthedriverlessvehicletokeepitatacertaindistancefromtheboundaryandtrackahead.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Researchontheperformanc