[发明专利]一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法

权利要求书

1.一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一、前置准备，包括：

1.1、车辆模型中车辆控制点的选取；

1.2、车辆模型的数理方程约束条件；

1.3、车辆当前地图获取；

步骤二、车辆调头的可行性判断

2.1、在车辆进入调头路口区域地图，即车辆当前地图为调头路口区域时，先通过步骤1.2中的数理方程约束条件判断在车辆在理想情况下能否一次掉头；

2.2、若能一次掉头，则进入后续阶段的自动规划，若不行，则给出理想情况下需要倒车几次完成调头，并绘制出调头、倒车路径，辅助驾驶员进行倒车调头；

步骤三、车辆调头引导目标点生成

3.1、对车辆当前时刻地图进行欧氏距离变化，并设置自适应阈值生成安全区域；

3.2、使用改进的A-star算法在3.1得到的安全区域生成引导路径；

3.3、对引导路径进行离散化取点得到引导点集，引导点集所含引导目标点作为后续步骤的目标点；

步骤四、使用DWA算法完成起始点到目标点的车辆调头规划路线

4.1、根据车辆运动空间，获得时间间隔内所有可能的车辆速度和车轮转角组合；

4.2、针对每一种车辆速度和车轮转角组合，得到经过下一时间间隔后车辆的位置，从而得到每种车辆速度和车轮转角组合所对应的预测轨迹；

4.3、对每一预测轨迹计算一个代价，并选代价最小的那个作为确切的下一步；

4.4、重复4.1-4.3，获得车辆调头的最佳轨迹，即车辆调头规划路线；

其中，步骤2.1中车辆模型的数理方程约束条件包括下述方程：

其中，方程(1)表示车辆的运动学约束方程s.t.，方程(2)表示车辆的轨迹方程，方程(3)为定解方程；

方程(1)中，a_min、a_MAX分别表示车辆的最小、最大加速度,表示车辆加速度，表示方向盘转角，表示方向盘转角最大值，表示方向盘转速，Ω_MAX表示方向盘转速最大值，k表示传动比，θ表示车轮转角，表示车轮转速，t为时间，A为坐标系中车辆轮廓点的集合，C为坐标系中障碍物轮廓点的集合，表示A和C的交集为空集——表示车辆不能与任何障碍物发生碰撞；

方程(2)中，(x_c(t),y_c(t))为当前时刻t的车辆控制点坐标，(x₀,y₀)为车辆控制点的初始坐标，ω为控制点角速度，v为车辆速度；

方程(3)中，R(t)为时刻t的转弯半径；θ(t)为时刻t的车轮转角,ω(t)为时刻t的车辆控制点角速度，v(t)为时刻t的车辆速度，l为车辆轴距；

在方程(1)的约束条件下，根据方程(3)解出v和ω，带入方程(2)得到车辆在理想状态下的轨迹；

步骤3.1中，对车辆当前时刻地图进行欧氏距离变化，生成安全区域的具体方法为：

3.1.1对车辆当前时刻地图进行二值化处理，将道路边界、障碍物的闭合边缘设为1，即背景点为1，其余可行驶区域设为0，即前景点为0；

3.1.2计算出地图上可行驶区域中每个前景点距离其最近障碍，即背景点的欧式距离；

3.1.3根据3.1.2计算出的欧氏距离图的梯度信息设定自适应阈值，计算筛选出在有可通行道路的前提下距离障碍较远的位点；

3.1.4生成安全行驶区域的二值化地图，不安全区域设为1，安全行驶区域设为0。

2.根据权利要求1所述的一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法，其特征在于，车辆模型使用车辆后轴中心作为控制点。