CN107167155A - 一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，是在地下停车场三维弯曲坡道上，由已知规划的行驶路径，通过模型预测算法进行弯曲坡道上路径跟踪，完成弯曲坡道的自动驾驶。该方法具体过程如下：1)当自主车辆开始进入地下停车场坡道时，由车辆定位***给出此时车辆起始点在弯曲坡道的相对位置。2)由自主车辆在弯曲坡道入口处的位置信息，结合数字地图，即可根据螺线的数学公式进行弯曲坡道内的路径规划。3)已知弯曲坡道内的行驶路径，根据模型预测控制进行路径跟踪。相比于目前二维平面路径规划，本发明结合数字地图和螺线公式能够规划出三维路径，采用模型预测进行路径跟踪，弯曲坡道路径跟踪效果较好。

Description

一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法

技术领域

本发明属于自动驾驶领域，尤其涉及一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法。

背景技术

随着自动控制技术在汽车所有执行器上得到普遍应用，进而又有若干执行器组合上得到普遍应用，自动驾驶技术有着长远的发展过程，导致今天全自动驾驶呼之欲出。

在全自动驾驶技术中，由于全工况的复杂性及人工智能的不完善性，急需一个正在意义上的全自动驾驶产品推动自动驾驶的前进，因此，局部工况的停车场自主泊车应运而生。停车场自主泊车指的是，自主车辆停在停车场入口处，车辆自主进入停车场，并在停车场内寻库且完成泊车。因此，自主车辆能自主出入停车场，是完成停车场自主泊车的前提。

鉴于上述情况，有必要在停车场自主泊车技术中，提出一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法。

发明内容

本发明提出一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法。在地下停车场自主泊车技术中，自主车辆能自动出入地下停车场时前提，因此，只有通过地下停车场坡道完成自主出入地下停车场，地下停车场自主泊车才能进入寻库及泊车的流程。

本发明解决了在地下停车场弯曲坡道工况下跟踪三维路径的难题，为未来地下停车场自主泊车做铺垫，也补充了在三维立体空间上的路径跟踪。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提出的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法是在地下停车场三维弯曲坡道上，由已知规划的行驶路径，通过模型预测算法进行弯曲坡道上路径跟踪，完成弯曲坡道的自动驾驶，补充了路径跟踪技术在三维空间上的不足，该方法具体过程如下：

1)当自主车辆开始进入地下停车场坡道时，由车辆定位***给出此时车辆起始点在弯曲坡道的相对位置。

2)由自主车辆在弯曲坡道入口处的位置信息，结合数字地图，即可根据螺线的数学公式进行弯曲坡道内的路径规划。

3)已知弯曲坡道内的行驶路径，根据模型预测控制进行路径跟踪。

本发明的有益效果：本发明提出了一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，该方法相比于现有方法具有如下优势：

(1)目前还没有针对地下停车场弯曲坡道这类特定工况的路径跟踪见报道，本发明具有特定性，解决了未来在地下停车场的区域自动驾驶的弯曲坡道路径跟踪的问题，具有较好的前瞻性。

(2)本发明通用性强，不需要地下停车场另外安装设备，成本较低。

(3)本发明结合数字地图和螺线公式进行路径规划，再由模型预测控制进行路径跟踪，具有如下几个好处：第一，相比于目前的二维平面的路径规划，本发明结合数字地图和螺线公式能够规划出三维路径，弥补了二维平面路径规划在三维弯曲坡道的空缺；第二，将模型预测应用在路径跟踪领域中，弯曲坡道路径跟踪效果较好。

附图说明

图1为本发明一实施方式中结合圆柱螺线进行路径规划的示意图。

图2为模型预测控制的路径跟踪框图。

图3为自主车辆在地下停车场弯曲坡道车速控制框图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实例对本发明的技术方案及设计原理进行阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，由车辆定位***得出自主车辆在地下停车场坡道的起始位置，路径规划***结合数字地图和圆柱螺线生成弯曲坡道的行驶路径，再由模型预测控制对该路径进行跟踪，补充三维空间的路径规划及跟踪解决方案。

图1为本发明所述的一实施方式中结合圆柱螺线进行路径规划的示意图，在所述的一实施方式中，数字地图中的地下停车场弯曲坡道曲线可用圆柱螺线进行表征。

该圆柱面为：x²+y²＝a²

由P点起始的圆柱螺线上一点M(x,y,z),|PQ|＝2ab，Q表示点Q，a表示圆柱面底面圆的半径、b表示表示影响螺距的一个变量参数。

且，

点O和点P看成是地下停车场弯曲坡道的某一入口处，由于弯曲坡道曲线类型可用圆柱螺线进行表征，因此，从点O到点P之间的任意一点都必有一条圆柱螺线和该点对应。因此，只要由车辆定位***得知车辆在入口处的位置，即点O到点P之间的某一点坐标，就可以通过圆柱螺线规划出一条路径。

图2为模型预测控制的路径跟踪框图，路径跟踪目的是协同控制方向盘角度和车速，使汽车轨迹和规划的路径一致。由得出的规划路径输入到有限时域滚动优化中，滚动优化以车速为约束条件，求解最优解，使车辆轨迹无限逼近规划的路径。同时，路径跟踪由模型预测控制器控制为主，雷达反馈作为辅助反馈进行监控车辆位置。

图3为自主车辆在地下停车场弯曲坡道内车速控制策略，将坡道类型、坡度和弯度作为输入量，由模糊控制器进行模糊控制输出加速度到自主车辆，自主车辆的速度作为反馈量输入到模糊控制器。

该方法具体过程如下：

1)当自主车辆开始进入地下停车场弯曲坡道时，由车辆定位***输出此刻自主车辆在弯曲坡道的位置信息，即自主车辆后轴中心位置在弯曲坡道起始点处的位置，将自主车辆后轴中心位置信息输出到路径规划***。

2)路径规划***接收到来自车辆定位***的自主车辆后轴中心位置信息，数字地图中通过圆柱螺线、圆锥螺线等螺线公式表征的弯曲坡道。自主车辆后轴中心为原点建立三维坐标系，将该原点处的螺线公式结合数字地图提取出来，由以自主车辆后轴中心为原点的三维坐标系和以该原点为起始点的螺线表达式组成自主车辆后轴中心的规划路径。

3)路径跟踪目的是协同控制方向盘角度和车速，使汽车轨迹和规划的路径一致。同时，又要解决坡道车速控制和前车车距控制。路径跟踪由模型预测控制，滚动优化以车速控制为约束条件，求解方向盘角度最优解，优化车速和方向盘在弯曲坡道的协同控制。车速控制由模糊控制器根据坡道类型、坡度和弯度进行模糊控制。若前方有车辆，则将车速控制和车距控制进行决策融合，将融合结果作为求解的约束条件，求方向盘角度最优解。

4)若弯曲坡道前方同方向有车辆时，则需考虑车距保持控制，通过同方向两车的位移差、速度差和设定的安全距离进行车距控制。车距控制公式：

a＝k₁(Δx-S_a)+k₂*Δv

其中，Δx为位移差，S_a为安全距离，Δv为速度差，a表示车辆加速度，k₁表示位移差和安全距离之差对于车辆加速度的影响因子，k₂表示速度差对于车辆加速度的影响因子。

车距控制输出的加速度和车速控制输出的加速度需要进行决策融合，再将融合结果得到的加速度值作为约束条件，求方向盘角度最优解。

综上所述，地下停车场弯曲坡道的路径规划有别于目前室内的路径规划算法，首先，目前大多数路径规划生成的都是二维路径，大多数路径规划的目的都是规划最优最短路线。因此，地下停车场弯曲坡道路径规划的研究很有必要。本发明补充解决了三维空间的路径规划及跟踪问题，方案简单，成本较低。

所述实施例为针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)当自主车辆开始进入地下停车场坡道时，由车辆定位***给出此时车辆起始点在弯曲坡道的相对位置；

2)由自主车辆在弯曲坡道入口处的位置信息，结合数字地图，根据螺线的数学公式进行弯曲坡道内的路径规划；

3)已知弯曲坡道内的行驶路径，根据模型预测控制进行路径跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤2)的具体实现包括：将数字地图中的地下停车场弯曲坡道曲线用圆柱螺线进行表征；该圆柱面为：

x²+y²＝a²

由P点起始的圆柱螺线上一点M(x,y,z),|PQ|＝2ab，Q表示点Q。

且，

点O和点P表示地下停车场弯曲坡道的某一入口处，并且点O到点P之间的任意一点都必有一条圆柱螺线和该点对应；通过车辆定位***得知的车辆在入口处的位置，即点O到点P之间的某一点坐标，即可通过圆柱螺线规划出一条路径。

3.根据权利要求2所述的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，其特征在于，步骤2)的具体实现还包括：由得出的规划路径输入到有限时域滚动优化中，滚动优化以车速为约束条件，求解最优解，使车辆轨迹无限逼近规划的路径。

4.根据权利要求1所述的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，其特征在于，步骤3)中所述路径跟踪由模型预测控制器控制为主，雷达反馈作为辅助反馈进行监控车辆位置。

5.根据权利要求4所述的一种地下停车场弯曲坡道路径规划及路径跟踪方法，其特征在于，所述路径跟踪的实现包括如下：

将坡道类型、坡度和弯度作为输入量，采用模糊控制进行模糊控制输出加速度到自主车辆，自主车辆的速度作为反馈量输入到模糊控制器；具体过程如下：

1)当自主车辆开始进入地下停车场弯曲坡道时，由车辆定位***输出此刻自主车辆在弯曲坡道的位置信息，即自主车辆后轴中心位置在弯曲坡道起始点处的位置，将自主车辆后轴中心位置信息输出到路径规划***。

2)路径规划***接收到来自车辆定位***的自主车辆后轴中心位置信息，数字地图中通过圆柱螺线或者圆锥螺线公式表征弯曲坡道；自主车辆后轴中心为原点建立三维坐标系，将该原点处的螺线公式结合数字地图提取出来，由以自主车辆后轴中心为原点的三维坐标系和以该原点为起始点的螺线表达式组成自主车辆后轴中心的规划路径；

3)协同控制方向盘角度和车速，使汽车轨迹和规划的路径一致；同时，控制坡道车速和前车车距；路径跟踪由模型预测控制、滚动优化以车速控制为约束条件，求解方向盘角度最优解，优化车速和方向盘在弯曲坡道的协同控制；所述车速控制由模糊控制器根据坡道类型、坡度和弯度进行模糊控制；若前方有车辆，则将车速控制和车距控制进行决策融合，将融合结果作为求解的约束条件，求方向盘角度最优解；

4)若弯曲坡道前方同方向有车辆时，则需考虑车距保持控制，通过同方向两车的位移差、速度差和设定的安全距离进行车距控制；车距控制公式为：

a＝k₁(Δx-S_a)+k₂*Δv

其中，Dx为位移差，S_a为安全距离，Δv为速度差，a表示车辆加速度，k₁表示位移差和安全距离之差对于车辆加速度的影响因子，k₂表示速度差对于车辆加速度的影响因子；

车距控制输出的加速度和车速控制输出的加速度需要进行决策融合，再将融合结果得到的加速度值作为约束条件，求方向盘角度最优解。