CN111880530A - 车辆低速行驶时的路径记录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆低速行驶时的路径记录方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1，建立坐标系，设定车辆开始行驶时车辆质心所在位置为坐标原点，车辆朝向为横轴正向，坐标原点位置垂直于横轴的车辆左侧方向为纵轴正向；步骤S2，根据车辆速度以及车辆朝向角，分别根据公式一、二、三计算下一时刻车辆质心所在位置的横、纵坐标：公式一：X_next=x+v*cos(HeadingAngle)*dt；公式二：Y_next=y+v*sin(HeadingAngle)*dt；公式三：HeadingAngle=β+Yaw；步骤S3，重复步骤S2，直至车辆停止行驶或者车辆速度超过第一阀值。本发明车辆低速行驶时的路径记录方法，除了部分车辆可能需要加装前轮转角传感器，其他不用另外增加设备，尤其不用昂贵的卫星惯导组合定位***，即可以低成本的方式完成车辆低速行驶时的路径记录。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及车辆低速行驶时的路径记录方法。
背景技术
自动驾驶，尤其是低速自动驾驶技术的落地场景中，经常使用基于记录好的路径进行路径跟踪来实现封闭场地低速自动驾驶，如工厂、公园里的接驳车，码头、停车场等自动泊入泊出等场景，记录下的路径可以让车辆沿着它们进行指定路线的行驶。为了在行驶过程中记录行驶过的精确轨迹，通常使用价格高昂的卫星惯导组合定位***。卫星惯导组合定位***价格比较贵，实现低速自动驾驶所需要的额外增加的成本会成为阻碍自动驾驶技术落地的一个因素。
发明内容
鉴于目前现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本较低的车辆低速行驶时的路径记录方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种车辆低速行驶时的路径记录方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，建立坐标系，设定车辆开始行驶时车辆质心所在位置为坐标原点，车辆朝向为横轴正向，坐标原点位置垂直于横轴的车辆左侧方向为纵轴正向；
步骤S2，根据车辆速度以及车辆朝向角，分别根据公式一、二、三计算下一时刻车辆质心所在位置的横、纵坐标：
公式一：X_next＝x+v*cos(HeadingAngle)*dt；
公式二：Y_next＝y+v*sin(HeadingAngle)*dt；
公式三：HeadingAngle＝β+Yaw；
其中，X_next为下一时刻车辆质心所在位置的横坐标，x为上一时刻车辆质心所在位置的横坐标，v为上一时刻车辆速度，HeadingAngle为预测下一时刻车辆朝向角，β为上一时刻车辆质心侧偏角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔，Y_next为下一时刻车辆质心所在位置的纵坐标，y为上一时刻车辆质心所在位置的纵坐标；
步骤S3，重复步骤S2，直至车辆停止行驶或者车辆速度超过第一阀值。
进一步，所述车辆质心侧偏角，根据公式四计算：
公式四：β＝tan-1(tan(fwAngle)*lr/(lr+lf))；
其中，β为车辆质心侧偏角，fwAngle为车辆前轮转角，lr为车辆质心到车辆后轴的距离，lf为车辆质心到车辆前轴的距离。进一步，所述车辆横摆角，根据公式五计算：
公式五：Yaw_next＝Yaw+YawRate*dt；
其中，Yaw_next为下一时刻车辆横摆角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，YawRate为横摆角速度，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔。
进一步，所述下一时刻与上一时刻的时间间隔为0.01秒。
进一步，所述第一阀值为30公里每小时。
本发明车辆低速行驶时的路径记录方法，通过公式一：X_next＝x+v*cos(HeadingAngle)*dt；公式二：Y_next＝y+v*sin(HeadingAngle)*dt；公式三：HeadingAngle＝β+Yaw；公式四：β＝tan-1(tan(fwAngle)*lr/(lr+lf))；公式五：Yaw_next＝yaw+YawRate*dt；其中，X_next为下一时刻车辆质心所在位置的横坐标，x为上一时刻车辆质心所在位置的横坐标，v为上一时刻车辆速度，HeadingAngle为预测下一时刻车辆朝向角，β为上一时刻车辆质心侧偏角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔，Y_next为下一时刻车辆质心所在位置的纵坐标，y为上一时刻车辆质心所在位置的纵坐标；fwAngle为车辆前轮转角，lr为车辆质心到车辆后轴的距离，lf为车辆质心到车辆前轴的距离，Yaw_next为下一时刻车辆横摆角，YawRate为横摆角速度，即可以完成车辆低速行驶时的路径记录。其中车辆速度v、车辆前轮转角fwAngle和横摆角速度YawRate通过车辆上安装的传感器即可以获得；车辆质心到车辆后轴的距离lr和车辆质心到车辆前轴的距离lf为车辆固有参数；下一时刻与上一时刻的时间间隔dt可以人为设定调整；第一时刻的坐标为(0，0)。所以，本发明车辆低速行驶时的路径记录方法，除了部分车辆可能需要加装前轮转角传感器，其他不用另外增加设备，尤其不用昂贵的卫星惯导组合定位***，即可以低成本的方式完成车辆低速行驶时的路径记录。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施方式一种车辆低速行驶时的路径记录方法的流程示意图；
图2为本发明相关车辆行驶时的运动简化模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1所示，本发明一实施方式一种车辆低速行驶时的路径记录方法，所述控制方法包括如下步骤：
步骤S1，建立坐标系，设定车辆开始行驶时车辆质心所在位置为坐标原点，车辆朝向为横轴正向，坐标原点位置垂直于横轴的车辆左侧方向为纵轴正向；
步骤S2，根据车辆速度以及车辆朝向角，分别根据公式一、二、三计算下一时刻车辆质心所在位置的横、纵坐标：
公式一：X_next＝x+v*cos(HeadingAngle)*dt；
公式二：Y_next＝y+v*sin(HeadingAngle)*dt；
公式三：HeadingAngle＝β+Yaw；
其中，X_next为下一时刻车辆质心所在位置的横坐标，x为上一时刻车辆质心所在位置的横坐标，v为上一时刻车辆速度，HeadingAngle为预测下一时刻车辆朝向角，β为上一时刻车辆质心侧偏角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔，Y_next为下一时刻车辆质心所在位置的纵坐标，y为上一时刻车辆质心所在位置的纵坐标；
步骤S3，重复步骤S2，直至车辆停止行驶或者车辆速度超过第一阀值。
举例来说，首先建立坐标系，设定车辆开始行驶时车辆质心所在位置为坐标原点，车辆朝向为横轴正向，坐标原点位置垂直于横轴的车辆左侧方向为纵轴正向。因为车辆开始行驶时也即为第一时刻，所以第一时刻的坐标为(0，0)。
因为车辆行驶过程中，速度和方向往往总是不停的变化，所以，要想记录下车辆行驶的路径轨迹，比较简单的方法是把时间划分成足够小的时间间隔，考虑非常小的时间间隔内车辆速度和朝向角是近似不变的，然后按照时间间隔利用速度和车辆朝向角来计算下一时刻车辆在坐标系中相对于上一时刻在横、纵轴上的相对位移，然后再基于上一时刻的坐标计算下一时刻的坐标。而下一时刻的车辆朝向角可以上一时刻的车辆质心侧偏角和车辆横摆角来推算。所以，假定车辆先按车辆速度v1向左前方行驶，即此时车辆具有车辆朝向角HeadingAngle1。所以，第二时刻，车辆距离第一时刻的位移为v1*dt，第二时刻相对于第一时刻在横、纵坐标上的位移分别为v1*dt*cos(HeadingAngle1)、v1*dt*sin(HeadingAngle1)，又因为第一时刻的坐标为(0，0)，所以第二时刻的坐标为(v1*dt*cos(HeadingAngle1)，v1*dt*sin(HeadingAngle1))，又因为HeadingAngle＝β+Yaw，所以第二时刻的坐标为(v1*dt*cos(β1+Yaw1)，v1*dt*sin(β1+Yaw1))。
接着，车辆按车辆速度v2向右前方行驶，即此时车辆具有车辆朝向角HeadingAngle2。所以，第三时刻，车辆距离第二时刻的位移为v2*dt，第三时刻相对于第二时刻在横、纵轴上的位移分别为v2*dt*cos(HeadingAngle2)、v2*dt*sin(HeadingAngle2)。因为第二时刻的坐标为(v1*dt*cos(HeadingAngle1)，v1*dt*sin(HeadingAngle1))，所以第三时刻的坐标为(v1*dt*cos(HeadingAngle1)+v2*dt*cos(HeadingAngle2)，v1*dt*sin(HeadingAngle1)+v2*dt*sin(HeadingAngle2))，即(v1*dt*cos(β1+Yaw1)+v2*dt*cos(β2+Yaw2)，v1*dt*sin(β1+Yaw1)+v2*dt*sin(β2+Yaw2))。
所以，根据步骤S2中的公式一、二、三，持续循环重复计算，直至车辆停止行驶或者车辆速度高于第一阀值，可记录下车辆低速行驶时的路径轨迹。因为本发明的车辆低速行驶时的路径记录方法尤其适用于车辆低速行驶时，所以当车辆速度高于第一阀值时，本发明的车辆低速行驶时的路径记录方法也停止运行。需要补充说明的是，在本发明中，对于所述车辆横摆角，车辆向左行驶时用正数表示，车辆向右行驶时用负数表示。前述车辆开始行驶时既包括车辆从静止启动的时刻，也包括从车辆速度从高于第一阀值降到低于第一阀值的时刻。在一具体实施例中，所述下一时刻与上一时刻的时间间隔dt为0.01秒，所述第一阀值为30公里每小时。
而其中，所述车辆质心侧偏角，根据公式四计算：
公式四：β＝tan-1(tan(fwAngle)*lr/(lr+lf))；
其中，β为车辆质心侧偏角，fwAngle为车辆前轮转角，lr为车辆质心到车辆后轴的距离，lf为车辆质心到车辆前轴的距离。
上述公式四的推导过程如下。请参见图2所示，车辆行驶时的运动简化模型，其中，黑白相间的圆圈处为车辆质心，R为车辆转弯时的转弯半径，O为车辆转弯时转弯半径所对应的圆心。根据三角函数关系可知，车辆朝向角＝车辆质心侧偏角β+车辆横摆角Yaw，其中车辆朝向角为车辆质心速度V与横轴正向的夹角，车辆质心侧偏角β为车辆质心速度V与车身朝向的夹角，而车辆质心侧偏角β又与圆心与车辆质心及车辆后轴的夹角相等，车辆前轮转角fwAngle与圆心与车辆前轴和后轴的夹角相等，所以：
tan(β)＝lr/R；
tan(fwAngle)＝(lr+lf)/R；
所以，推导出上述公式四。
另外，所述车辆横摆角，根据公式五计算：
公式五：Yaw_next＝Yaw+YawRate*dt；
其中，Yaw_next为下一时刻车辆横摆角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，YawRate为横摆角速度，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔。
本发明车辆低速行驶时的路径记录方法，通过公式一：X_next＝x+v*cos(HeadingAngle)*dt；公式二：Y_next＝y+v*sin(HeadingAngle)*dt；公式三：HeadingAngle＝β+Yaw；公式四：β＝tan-1(tan(fwAngle)*lr/(lr+lf))；公式五：Yaw_next＝yaw+YawRate*dt；其中，X_next为下一时刻车辆质心所在位置的横坐标，x为上一时刻车辆质心所在位置的横坐标，v为上一时刻车辆速度，HeadingAngle为预测下一时刻车辆朝向角，β为上一时刻车辆质心侧偏角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔，Y_next为下一时刻车辆质心所在位置的纵坐标，y为上一时刻车辆质心所在位置的纵坐标；fwAngle为车辆前轮转角，lr为车辆质心到车辆后轴的距离，lf为车辆质心到车辆前轴的距离，Yaw_next为下一时刻车辆横摆角，YawRate为横摆角速度，即可以完成车辆低速行驶时的路径记录。其中车辆速度v、车辆前轮转角fwAngle和横摆角速度YawRate通过车辆上安装的传感器即可以获得；车辆质心到车辆后轴的距离lr和车辆质心到车辆前轴的距离lf为车辆固有参数；下一时刻与上一时刻的时间间隔dt可以人为设定调整；第一时刻的坐标为(0，0)。所以，本发明车辆低速行驶时的路径记录方法，除了部分车辆可能需要加装前轮转角传感器，其他不用另外增加设备，尤其不用昂贵的卫星惯导组合定位***，即可以低成本的方式完成车辆低速行驶时的路径记录，而且相比卫星惯导组合定位***，还具有一个明显的优势在于，本发明车辆低速行驶时的路径记录方法在地下停车库也可以使用。本发明车辆低速行驶时的路径记录方法尤其适用于低速如车辆速度小于30公里每小时，较短距离如50米的场景，例如记忆式泊入泊出车库，在狭窄路段或死胡同自动倒车功能等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种车辆低速行驶时的路径记录方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，建立坐标系，设定车辆开始行驶时车辆质心所在位置为坐标原点，车辆朝向为横轴正向，坐标原点位置垂直于横轴的车辆左侧方向为纵轴正向；
步骤S2，根据车辆速度以及车辆朝向角，分别根据公式一、二、三计算下一时刻车辆质心所在位置的横、纵坐标：
公式一：X_next＝x+v*cos(HeadingAngle)*dt；
公式二：Y_next＝y+v*sin(HeadingAngle)*dt；
公式三：HeadingAngle＝β+Yaw；
其中，X_next为下一时刻车辆质心所在位置的横坐标，x为上一时刻车辆质心所在位置的横坐标，v为上一时刻车辆速度，HeadingAngle为预测下一时刻车辆朝向角，β为上一时刻车辆质心侧偏角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔，Y_next为下一时刻车辆质心所在位置的纵坐标，y为上一时刻车辆质心所在位置的纵坐标；
步骤S3，重复步骤S2，直至车辆停止行驶或者车辆速度超过第一阀值。
2.根据权利要求1所述的车辆低速行驶时的路径记录方法，其特征在于，所述车辆质心侧偏角，根据公式四计算：
公式四：β＝tan-1(tan(fwAngle)*lr/(lr+lf))；
其中，β为车辆质心侧偏角，fwAngle为车辆前轮转角，lr为车辆质心到车辆后轴的距离，lf为车辆质心到车辆前轴的距离。
3.根据权利要求1所述的车辆低速行驶时的路径记录方法，其特征在于，所述车辆横摆角，根据公式五计算：
公式五：Yaw_next＝Yaw+YawRate*dt；
其中，Yaw_next为下一时刻车辆横摆角，Yaw为上一时刻车辆横摆角，YawRate为横摆角速度，dt为下一时刻与上一时刻的时间间隔。
4.根据权利要求1所述的车辆低速行驶时的路径记录方法，其特征在于，所述下一时刻与上一时刻的时间间隔为0.01秒。
5.根据权利要求1所述的车辆低速行驶时的路径记录方法，其特征在于，所述第一阀值为30公里每小时。
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