[发明专利]一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法，本发明基于车辆运动学模型约束，使用数学物理方程合理判断调头位点以及所需的倒车调姿，推导出理论最优轨迹并对是否可以一次完成调头给出判断；接着在此基础上通过智能仿真决策算法实现了一种结合全局欧氏距离场和改进的局部动态窗口法得到的无人驾驶车辆调头轨迹生成方案，可以在更复杂的对侧道路条件下规划出合理的调头路径，满足自动驾驶需求，兼具实时性和高鲁棒性。本发明车辆调头轨迹规划方法中加入调头的可行性判断这一步骤，使得整个方法的计算量小，同时可以避免车辆调头过程的碰撞；调头引导点生成的引导效果更好，有“逐步引导”的作用，使得在车辆调头轨迹规划效果更佳。

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆的轨迹规划领域，特别是一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法。

背景技术

自动驾驶涉及环境感知、智能决策和规划、智能控制等多门学科，其中“如何利用环境信息进行智能决策”又成为了限制无人驾驶发展的关键技术和瓶颈技术。

本发明从自动驾驶中实际的调头场景出发，根据实际的车辆运动学和机械结构约束，通过建立数学方程模型和智能仿真决策算法模型并将两者有机的结合，解决了实际情况中的车辆调头场景路径规划问题，并通过程序对完整调头过程进行模拟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种双阶段自动驾驶车辆调头轨迹规划方法，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：获取当前时刻以车辆为中心前后左右50m的正方形地图；

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、车辆调头引导点生成

3.1、对车辆当前时刻地图(调头路口区域部分)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，引导点集所含的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，获得在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。

上述技术方案中，车辆模型使用车辆后轴中心作为控制点。

上述技术方案中，车辆模型的数理方程约束条件包括下述方程：