用于牵引-挂车车辆前后机动的非线性MPC局部规划器

设计局部规划器以控制牵引-挂车车辆进行前后机动，是自动驾驶系统研究社区中的一项具有挑战性的控制问题。考虑到牵引-挂车系统稳定性中的关键状况，本文提出了一种实用且新颖的方法，为前后机动中的牵引-挂车自动驾驶车辆设计非线性MPC（NMPC）局部规划器。牵引车速度和转向角被视为控制变量。所提出的NMPC局部规划器旨在处理前后机动中的折叠状况、避开多个静态障碍物以及路径跟随。上述挑战被转化为一个可以通过所提出的NMPC局部规划器同时处理的约束问题。使用直接多重打靶法将最优控制问题（OCP）转化为非线性规划问题（NLP），并在CasADi中由IPOPT求解器求解。在Gazebo仿真环境中，通过不同的倒车和前进机动场景实时评估了控制器的性能。它在遵守路径约束的同时，实现了避开静态障碍物的渐近稳定性和精确的跟踪性能。最后，所提出的NMPC局部规划器被集成到名为AutowareAi的开源自动驾驶软件栈中。