机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (8): 432-449.doi: 10.3901/JME.260282
滕景佳1,2, 李洋1,2, 胡满江1,2, 熊善程1,2, 李国法3
TENG Jingjia1,2, LI Yang1,2, HU Manjiang1,2, XIONG Shancheng1,2, LI Guofa3
摘要: 四轮独立转向(Four-wheel independent steering,4WIS)车辆因其优越的机动性而受到广泛关注。然而现有轨迹规划方法对4WIS车辆多种运动模式、场景复杂度以及障碍物的属性考虑不足,难以发挥4WIS车辆在复杂狭窄的空间下的灵活性,导致规划效率低甚至失败。为此,本研究提出一种基于最优控制问题(Optimal control problem,OCP)的4WIS车辆轨迹规划框架。首先,提出一种基于环境图像与车辆状态信息的场景复杂度二分类网络,实现复杂/简单场景的精准识别;其次,设计面向复杂场景的轨迹规划引导策略,基于先验A*路径构建引导点集合,将任务分解为引导点间的局部子任务提升规划效率;然后,构建面向4WIS车辆的Hybrid A*算法,建立融合阿克曼转向、斜向移动及原地转向三种运动模式的节点扩展机制,并设计对应的节点代价函数和模式切换代价函数;最后,建立考虑障碍物属性的轨迹优化OCP框架,构建面向“可压障碍物”的逻辑约束以限制压过障碍物时的速度,提升车辆通过性的同时保障安全。仿真结果表明,在包含密集障碍物、狭窄通道和起终点位置及朝向存在显著差异的典型复杂环境下,所提方法相比传统Hybrid A*算法成功率提高50%、通行效率提升40.26%、计算效率提升44.89%,显著提升4WIS车辆的轨迹规划性能。
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