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自动驾驶规划控制算法仿真验证课程

📚 共计 30 章节

自动驾驶规划控制算法概述、仿真验证的重要性、课程目标与学习路径。

概述学习路径

基础环境搭建

Python与C++开发环境配置、ROS/ROS2安装与基础、常用仿真工具介绍。

车辆运动学模型

自行车模型、阿克曼转向模型、状态空间表示与离散化方法。

运动学阿克曼

车辆动力学模型

轮胎模型、质心侧偏角、横摆角速度、动力学方程推导。

动力学轮胎

坐标变换与坐标系

世界坐标系、车辆坐标系、传感器坐标系、坐标变换矩阵与欧拉角。

坐标系欧拉角

路径规划基础

图搜索算法（Dijkstra、A*）、基于采样的方法（RRT、RRT*）。

多项式曲线、贝塞尔曲线、样条曲线、梯形速度规划。

曲线速度规划

路径跟踪控制：纯跟踪

纯跟踪（Pure Pursuit）算法原理与实现。

路径跟踪控制：Stanley

斯坦利（Stanley）算法原理与实现。

模型预测控制（MPC）基础

MPC原理、优化问题建模、求解器介绍。

MPC在轨迹跟踪中的应用

线性MPC、非线性MPC、约束处理与实现。

线性MPC约束

位置式PID、增量式PID、参数整定方法、在控制中的应用。

线性二次型调节器原理、黎卡提方程求解、LQR轨迹跟踪。

有限状态机、决策树、基于规则的行为决策方法。

状态机决策树

恒速模型、卡尔曼滤波、交互多模型（IMM）预测。

仿真环境搭建（一）

Carla模拟器安装、API调用、传感器配置。

仿真环境搭建（二）

SUMO交通流仿真、与Carla联合仿真。

SUMO联合仿真

仿真环境搭建（三）

基于ROS的Gazebo仿真、自定义场景构建。

场景测试设计

典型测试场景（直道、弯道、变道、避障）、边界条件设计。

测试场景边界

评价指标体系

跟踪误差、舒适度指标、安全指标、计算效率指标。

算法验证流程

开环验证、闭环验证、硬件在环（HIL）验证概念。

数据记录与回放

ROS Bag录制、数据可视化、离线分析工具。

ROS Bag可视化

参数调优方法

网格搜索、贝叶斯优化、遗传算法在参数调优中的应用。

贝叶斯遗传算法

多传感器融合仿真

激光雷达、摄像头、IMU、GPS仿真与融合。

规划控制联合仿真

规划模块与控制模块的接口设计、时序同步。

实车测试与仿真对比

仿真结果与实车数据的对标方法、误差分析。

案例实战（一）

高速公路场景下的车道保持与自适应巡航仿真。

案例实战（二）

城市道路场景下的十字路口通行与避障仿真。

案例实战（三）

泊车场景下的自动泊车规划控制仿真。

课程总结与展望

常见问题汇总、进阶学习路径、行业发展趋势。