Designing a local planner to control tractor-trailer vehicles in forward and backward maneuvering is a challenging control problem in the research community of autonomous driving systems. Considering a critical situation in the stability of tractor-trailer systems, a practical and novel approach is presented to design a non-linear MPC(NMPC) local planner for tractor-trailer autonomous vehicles in both forward and backward maneuvering. The tractor velocity and steering angle are considered to be control variables. The proposed NMPC local planner is designed to handle jackknife situations, avoiding multiple static obstacles, and path following in both forward and backward maneuvering. The challenges mentioned above are converted into a constrained problem that can be handled simultaneously by the proposed NMPC local planner. The direct multiple shooting approach is used to convert the optimal control problem(OCP) into a non-linear programming problem(NLP) that IPOPT solvers can solve in CasADi. The controller performance is evaluated through different backup and forward maneuvering scenarios in the Gazebo simulation environment in real-time. It achieves asymptotic stability in avoiding static obstacles and accurate tracking performance while respecting path constraints. Finally, the proposed NMPC local planner is integrated with an open-source autonomous driving software stack called AutowareAi.


翻译:设计一个本地规划器,以控制拖拉机-拖拉机车辆的前向和后向操纵,这是自主驾驶系统研究界一个具有挑战性的控制问题。考虑到拖拉机-拖车系统稳定性的危急情况,现提出一种实用和新颖的办法,设计一个非线性MPC(NMPC)地方规划器,用于拖拉机-拖车自主车辆的前向和后向操纵。拖拉机速度和方向被认为是控制变量。拟议的NMPC本地规划器旨在处理千斤顶情况,避免多个固定障碍,以及前向和后向操纵的路径。上述挑战被转化为一个可同时由拟议的NMPC本地规划员处理的受限问题。直接多射击法用于将最佳控制问题转化为非线性程序问题,IPOPT解答器可在CasADi中解析。在实时Gazebo模拟环境中,通过不同的备份和前向操纵情景评估控制员的性能。在避免固定障碍和前向前向后操纵的操作环境中,在避免固定性障碍方面实现稳定的稳定性稳定,由拟议的NMP局局局本地跟踪,同时要求使用自动驱动软件。最后要求的自动追踪,同时尊重自动控制软件。

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