CN111016886B - 一种基于b样条理论的自动泊车路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，利用车身上安装的传感器来确定车辆的具***置和车辆的方位角；根据车辆及车位外形轮廓，将车辆及车位分别简化为矩形ABCD和矩形abcd，对可能存在的碰撞点进行分析；所规划的泊车路径必须保证后续车辆的执行机构能精确执行；根据实际的泊车过程分析，车辆整体的运行轨迹为连接泊车始末位置的一条曲线，车位大小的不同，曲线的形状亦存在差异；本发明在保证泊车安全的前提下，能适应狭窄的泊车位，更能适应复杂的泊车环境；所规划的泊车路径连续且克服了规划的泊车路径曲率不平滑的影响，避免方向盘转向幅度过大的问题，使车辆运动更平缓，提升驾乘体验。

Description

一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法
技术领域
本发明涉及自动泊车技术领域，尤其涉及一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法。
背景技术
城市中使用车辆的增多，泊车空间越来越紧凑，在复杂的泊车环境中实现安全顺畅泊车已是棘手问题，因而开发全自动泊车***有助于缓解这类困扰，全自动波车***通过传感器获取车辆自身的位置和姿态，车位信息以及障碍物的信息，以这些感知信息为基础，进行路径规划开发，使得车辆根据规划好的路径能自动安全舒畅、无碰撞的泊车，且能适应复杂的泊车环境。
目前多数全自动泊车***所适用的泊车场景单一，泊车过程不连续顺畅，对狭窄的泊车位适应能力较差，主要因素还是对场景的考虑不周全，采用路径规划方法难以适应逐渐复杂的泊车环境。
现有技术缺点：自动波车中大多采用两段圆弧相切或两段圆弧与一直线相切方法进行路径规划，规划方法简单，但实际泊车车位场景受限，且存在方向盘转向幅度过大的因素，影响整体泊车性能及驾驶员乘车体验；
针对上述描述的问题，本发明基于B样条理论进行泊车路径规划，所规划的路径曲率连续、平滑，能满足大部分泊车场景需求，且对车辆在泊车位内的最终位置和姿态有很好的约束，很大程度上能满足泊车整体性能要求。
主要通过分析自动泊车车辆运动特征约束、避免碰撞约束和执行机构约束等条件，结合多次B样条曲线参数方程，最终得出泊车路径函数。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，本发明基于B样条理论进行泊车路径规划，所规划的路径曲率连续、平滑，能满足大部分泊车场景需求，且对车辆在泊车位内的最终位置和姿态有很好的约束，很大程度上能满足泊车整体性能要求；主要通过分析自动泊车车辆运动特征约束、避免碰撞约束和执行机构约束等条件，结合多次B样条曲线参数方程，最终得出泊车路径函数，来解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，具体包括以下步骤：
S1、利用车身上安装的传感器(包括超声波雷达、摄像头或车载毫米波雷达等)来确定车辆的具***置和车辆的方位角，及通过传感器对车辆周围环境的检测来得出的车位的大小，障碍物与车辆的相对位置关系，以此确定车辆及车位的坐标关系；
S2、根据车辆及车位外形轮廓，将车辆及车位分别简化为矩形ABCD和矩形abcd，并结合车辆、车位的轮廓坐标信息进行碰撞约束分析，为确保车辆泊车过程不与障碍物(或车辆)发生碰撞，对可能存在的碰撞点进行分析；
分析如下：①车辆进入车位前，车辆左前轮廓点A与边界障碍物干涉；②车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位a点干涉；③车辆进入车位时，车辆右侧轮廓BC与车位a点干涉；④车辆进入车位时，车辆右前轮廓点B与车位a点干涉；⑤车辆进入车位回转方向时，车辆右前轮廓点B与车位轮廓ab干涉；⑥车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位轮廓bc干涉，根据以上避免碰撞约束分析，可以得出相应的避免碰撞的不等式约束条件；
S3、车辆最终姿态参数也是自动泊车的主要评价指标:①车辆与泊车位平行，车辆的最终的方位角约束为趋于0的数值(取0.002rad)可满足，②泊车结束，方向盘回正，该处曲率值约束为趋于0的数值(0.004m-1)可满足；
S4、所规划的泊车路径必须保证后续车辆的执行机构能精确执行：①路径曲率半径最大值不大于前轮转角能确保达到的最大曲率；②期望方向盘转角速度最大值不大于实际方向盘转角速度；
S5、根据实际的泊车过程分析，车辆整体的运行轨迹为连接泊车始末位置的一条曲线，车位大小的不同，曲线的形状亦存在差异；本发明采用B样条理论，通过合理选取控制点个数(本发明采用8个控制点)结合需求确定控制点坐标，使样条曲线逼近控制点，形成连接始末位置的样条曲线；为减少计算量且满足曲线连续平滑、曲率半径连续、方向盘转角角度控制连续等要求，本发明采用四次B样条曲线进行自动泊车路径规划，并且结合上述的车辆和车位位姿数据，前轮转角约束、方向盘转角速度约束和避免碰撞约束等条件，进行非线性多约束函数计算，求解最终自动泊车路径方程。
本发明提供的一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，与现有技术相比：
1、在保证泊车安全的前提下，能适应狭窄的泊车位，更能适应复杂的泊车环境；
2、所规划的泊车路径连续且克服了规划的泊车路径曲率不平滑的影响，避免方向盘转向幅度过大的问题，使车辆运动更平缓，提升驾乘体验。
附图说明：
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的碰撞约束分析图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和说明书附图1，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，具体包括以下步骤：
S1、利用车身上安装的传感器(包括超声波雷达、摄像头或车载毫米波雷达等)来确定车辆的具***置和车辆的方位角，及通过传感器对车辆周围环境的检测来得出的车位的大小，障碍物与车辆的相对位置关系，以此确定车辆及车位的坐标关系；
S2、根据车辆及车位外形轮廓，将车辆及车位分别简化为矩形ABCD和矩形abcd，并结合车辆、车位的轮廓坐标信息进行碰撞约束分析，为确保车辆泊车过程不与障碍物(或车辆)发生碰撞，对可能存在的碰撞点进行分析；
分析如下：①车辆进入车位前，车辆左前轮廓点A与边界障碍物干涉，如图2(a)所示；②车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位a点干涉如图2(b)所示；③车辆进入车位时，车辆右侧轮廓BC与车位a点干涉如图2(c)所示；④车辆进入车位时，车辆右前轮廓点B与车位a点干涉如图2(d)所示；⑤车辆进入车位回转方向时，车辆右前轮廓点B与车位轮廓ab干涉如图2(e)所示；⑥车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位轮廓bc干涉如图2(f)所示，根据以上避免碰撞约束分析，可以得出相应的避免碰撞的不等式约束条件；
S3、车辆最终姿态参数也是自动泊车的主要评价指标:①车辆与泊车位平行，车辆的最终的方位角约束为趋于0的数值(取0.002rad)可满足，②泊车结束，方向盘回正，该处曲率值约束为趋于0的数值(0.004m-1)可满足；
S4、所规划的泊车路径必须保证后续车辆的执行机构能精确执行：①路径曲率半径最大值不大于前轮转角能确保达到的最大曲率；②期望方向盘转角速度最大值不大于实际方向盘转角速度；
S5、根据实际的泊车过程分析，车辆整体的运行轨迹为连接泊车始末位置的一条曲线，车位大小的不同，曲线的形状亦存在差异；本发明采用B样条理论，通过合理选取控制点个数(本发明采用8个控制点)结合需求确定控制点坐标，使样条曲线逼近控制点，形成连接始末位置的样条曲线；为减少计算量且满足曲线连续平滑、曲率半径连续、方向盘转角角度控制连续等要求，本发明采用四次B样条曲线进行自动泊车路径规划，并且结合上述的车辆和车位位姿数据，前轮转角约束、方向盘转角速度约束和避免碰撞约束等条件，进行非线性多约束函数计算，求解最终自动泊车路径方程。
本发明基于B样条理论进行泊车路径规划，所规划的路径曲率连续、平滑，能满足大部分泊车场景需求，且对车辆在泊车位内的最终位置和姿态有很好的约束，很大程度上能满足泊车整体性能要求。
主要通过分析自动泊车车辆运动特征约束、避免碰撞约束和执行机构约束等条件，结合多次B样条曲线参数方程，最终得出泊车路径函数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于B样条理论的自动泊车路径规划方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、利用车身上安装的传感器来确定车辆的具***置和车辆的方位角，及通过传感器对车辆周围环境的检测来得出的车位的大小，障碍物与车辆的相对位置关系，以此确定车辆及车位的坐标关系；
S2、根据车辆及车位外形轮廓，将车辆及车位分别简化为矩形ABCD和矩形abcd，并结合车辆、车位的轮廓坐标信息进行碰撞约束分析，为确保车辆泊车过程不与障碍物发生碰撞，对可能存在的碰撞点进行分析；
分析如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
车辆进入车位前，车辆左前轮廓点A与边界障碍物干涉；
Figure 201728DEST_PATH_IMAGE002
车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位a点干涉；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
车辆进入车位时，车辆右侧轮廓BC与车位a点干涉；
Figure 961874DEST_PATH_IMAGE004
车辆进入车位时，车辆右前轮廓点B与车位a点干涉；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
车辆进入车位回转方向时，车辆右前轮廓点B与车位轮廓ab干涉；
Figure 136897DEST_PATH_IMAGE006
车辆进入车位时，车辆右后轮廓点C与车位轮廓bc干涉，根据以上避免碰撞约束分析，可以得出相应的避免碰撞的不等式约束条件；
S3、车辆最终姿态参数也是自动泊车的主要评价指标:
Figure 539059DEST_PATH_IMAGE001
车辆与泊车位平行，车辆的最终的方位角约束为趋于0的数值，取0.002rad可满足，
Figure 880042DEST_PATH_IMAGE002
泊车结束，方向盘回正，该处曲率值约束为趋于0的数值，0.004m-1可满足；
S4、所规划的泊车路径必须保证后续车辆的执行机构能精确执行：
Figure 76668DEST_PATH_IMAGE001
路径曲率半径最大值不大于前轮转角能确保达到的最大曲率；
Figure 267216DEST_PATH_IMAGE002
期望方向盘转角速度最大值不大于实际方向盘转角速度；
S5、根据实际的泊车过程分析，车辆整体的运行轨迹为连接泊车始末位置的一条曲线，车位大小的不同，曲线的形状亦存在差异；本发明采用B样条理论，通过合理选取控制点个数结合需求确定控制点坐标，使样条曲线逼近控制点，形成连接始末位置的样条曲线；为减少计算量且满足曲线连续平滑、曲率半径连续、方向盘转角角度控制连续要求，采用四次B样条曲线进行自动泊车路径规划，并且结合上述的车辆和车位位姿数据，前轮转角约束、方向盘转角速度约束和避免碰撞约束条件，进行非线性多约束函数计算，求解最终自动泊车路径方程。
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