Hierarchical Motion Planning and Tracking for Autonomous Vehicles Using Global Heuristic Based Potential Field and Reinforcement Learning Based Predictive Control

启发式 运动规划 强化学习 适应性 模型预测控制 计算机科学 控制工程 领域(数学) 适应(眼睛) 分级控制系统 人工智能 工程类 控制(管理) 机器人 生态学 物理 数学 光学 纯数学 生物
作者
Guodong Du,Yuan Zou,Xudong Zhang,Zirui Li,Qi Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (8): 8304-8323 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tits.2023.3266195
摘要

The autonomous vehicle is widely applied in various ground operations, in which motion planning and tracking control are becoming the key technologies to achieve autonomous driving. In order to further improve the performance of motion planning and tracking control, an efficient hierarchical framework containing motion planning and tracking control for the autonomous vehicles is constructed in this paper. Firstly, the problems of planning and control are modeled and formulated for the autonomous vehicle. Then, the logical structure of the hierarchical framework is described in detail, which contains several algorithmic improvements and logical associations. The global heuristic planning based artificial potential field method is developed to generate the real-time optimal motion sequence, and the prioritized Q-learning based forward predictive control method is proposed to further optimize the effectiveness of tracking control. The hierarchical framework is evaluated and validated by the numerical simulation, virtual driving environment simulation and real-world scenario. The results show that both the motion planning layer and the tracking control layer of the hierarchical framework perform better than other previous methods. Finally, the adaptability of the proposed framework is verified by applying another driving scenario. Furthermore, the hierarchical framework also has the ability for the real-time application.
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