[发明专利]一种基于动态窗口及障碍物势能场的无人车动态避障方法

说明书

一种基于动态窗口及障碍物势能场的无人车动态避障方法，其综合考虑了车辆自身运动性能参数以及环境中动态障碍物的影响，通过设定速度，横摆角速度动态窗口的大小，可以使得其在躲避运动障碍物的过程中的运动变化可控，不易出现速度和加速度的突变，同时结合势能场的概念，使得其可高效躲避动态障碍物，并且不易陷入局部停滞情况，可以实时动态规划避障路径。该方法可应用于如无人车辆车流换道路径规划，无人车编队队形变换过程中进行路径规划。

技术领域：

本发明涉及一种路径规划方法，尤其涉及无人车针对动态障碍物规避过程中的路径规划问题。

技术背景：

本路径规划方法采用动态窗口及障碍物势能场的原理，在很大程度上提高了地面无人车路径规划过程对于动态障碍物的规避能力。无人车是一种具有环境感知，独立信息处理能力的地面移动机器人平台，其在未来交通、或者特种环境的障碍清理以及灾区人员搜救中有着广泛应用。目前采用的一些避障算法，如采用深度增强学习算法以端到端的方式训练得出最优避障距离以及避障时间；将所述避障操控指令发送至对应的操控系统，以供所述操控系统执行相应的避障操作 (车辆避障装置和方法CN:201710790602.5)。但是其需要大量的学习样本以及计算量，并且本方法可以作为针对顶层操作的辅助，从而更好的实现避障功能。另外还有采用预估车辆的行驶轨迹；监测所述车辆在所述行驶轨迹上与障碍物之间的距离；当所述车辆在所述行驶轨迹上与所述障碍物之间的距离小于第一预设距离(D1)时，控制所述车辆的最高车速不超过第一车速阈值(V1)。(车辆的控制方法、系统及车辆CN:201611085181.8)，这种方法适合于对自主泊车过程中的静态障碍物避障，未考虑到相对运动的动态避障过程。

发明内容：

本发明针对无人车对于动态障碍物避障策略进行了设计，其技术方案如下：

步骤1：通过车载激光雷达扫描，定位车辆行驶周围障碍物位置信息，将定位点标记为(x1,x2,x3,..xn)

步骤2：结合GPS获取的全局地图，针对所定位目标点进行分类，结合雷达扫描数据获取动态障碍物相对位置信息

步骤3：结合车辆自身特性构建随车辆运动的动态窗口

步骤4：搜索窗口范围内静态障碍物以及动态障碍物，考虑最小安全距离，并对障碍物计算其斥力半径，采用相对速度修正人工势场法进行动态避障

具体实施方式：

S1据前一时刻无人车的运动参量(v_t,w_t)进而去推演下一状态参量 (v_t+1,w_t+1)即通过速度ping即可推演出运动轨迹，

S2无人车受到自身最大速度以及最小速度限制：

V_m＝{v∈[v_min,v_max],w∈[w_min,w_max]} (1)

S3无人车受到动力性能的影响，存在最大的加减速度限制，因此，无人车在一定模拟周期内，存在一个动态范围，在该范围内为无人无人车的速度范围，(v,w)为无人平台所能达到的实际速度

S4其中，v_c,w_c为无人车当前运动速度，而分别表示车的最大航向加速度，减速度；为无人车的最大横摆角加速度，减速度。

S5为了能够在碰到障碍物前停下来，因此在最大减速条件下，速度需设定一定范围，

S6在无人车运动过程中共包含两类障碍物，一类为静止的环境障碍物，另一类为移动过程中的其他车辆。