CN113885525A - 一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法、***、车辆及存储介质 - Google Patents

一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法、***、车辆及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，包括：感知环境：接收并处理车辆环境传感器的信息；获取本车的定位信息；判断是否能避过障碍物，若是则进入第一路径规划，若否则进行第二路径规划，通过先倒车后然后按照第一路径规划的方式重新规划当前位姿到目标位姿的路径，直至避过障碍物。本发明通过加入传感器感知的环境信息，实时计算车辆与障碍物没有碰撞的距离，能够适应障碍物的不同位置，具有广泛的应用场景；并且设计的路径规划模块能够以简洁明了的路径规划解决在距离障碍物过近或没有避障成功的条件下，车辆自动驾驶脱困的问题。

Description

一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法、***、车辆及存储 介质
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及对自动驾驶车辆的路径规划技术。
背景技术：
随着车辆逐渐智能化，其中车辆自动驾驶是其中重要的一部分。车辆自动驾驶已经被研究了几十年，已经形成了大致的应用框架。如图1所示，一般来说，车辆接收车辆或者其他位置的传感器信息，获得对车辆运行环境的感知信息，然后根据自己的位置进行路径规划找到一条能够到达目的地的路径，然后将路径输出给控制模块，控制模块对车辆实施控制。目前的实施方案中，车辆前进的路径规划没有倒退方向的规划，这就导致在前方障碍物停止前进时，车辆如果距离障碍物过近，就没有办法继续前进，会导致车辆长时间停止，造成拥堵、车辆不能到达目的地等问题。所以，脱困模块就是为了解决在距离障碍物过近或没有避障成功的条件下，车辆自动驾驶的问题。
专利文献CN2018101666624公开了一种机器人的脱困处理方法、装置和机器人。此技术处理的是机器人的脱困问题。技术方案是：将机器人走过的路径作为历史数据保存起来，在具体脱困任务时，根据已有的存储数据查询与现在的工况相近的历史路径，使用此路径作为脱困路径，如果查询不到，则脱困任务失败。此技术方案简单明了，但是不够灵活，对于自动驾驶车辆脱困任务来说，要考虑初始位姿和目标位姿，还靠考虑遇到动态障碍物时的回退问题，本技术方案没有提供相应解决方案。
专利文献CN2020104029273提供了一种车辆自动驾驶脱困的轨迹规划***、方法及存储介质。此技术是预设了一个曲率半径A，通过实时计算轨迹规划模块的输出轨迹的曲率半径B与预设曲率半径A作比较来确定是否进行前向脱困操作。此技术只是提出了一种是否进入脱困功能的判断，没有说明脱困要采用何种路径以及如何获取路径。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，针对自动驾驶车辆面对障碍物过近或者避障失败时的脱困场景，增加车辆在避障过程处理的灵活性，使车辆能顺利脱困。
本发明的技术方案如下：
一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，其包括如下步骤：
步骤1，感知环境：接收车辆环境传感器的信息，传感器至少包括环视摄像头和超声波传感器。处理以上传感器信息，得到以下信息：车辆能够无碰撞运行的空间边界、车辆边缘到以上边界的距离、规划的终点。
步骤2，获取本车的定位信息，也就是本车在某个坐标系下的坐标信息。
步骤3，判断是否能避过障碍物：依据本车到前方障碍物的距离信息和本车的定位信息，计算得到前进挡时本车方向盘打满时车右前角或车左前角是否能没有碰撞地脱离障碍物后方，如果计算得到的结果表示能够脱离障碍物后方，则进入步骤4，如果不能，则进入步骤5。
步骤4，第一路径规划：根据本车目标位姿和初始位姿，规划四段路径使本车避过障碍物，第一段路径为一段固定半径的圆弧，对应从初始位姿方向盘打满到一个点；第二段路径为一个线段，对应于当车的航向角达到A时，采用直线形式前进；第三段路径为一段圆弧，对应于按照目标点T的坐标，方向盘反向方打满；第四段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段，对应于本车再走一个直线直接到达目标点。
步骤5，第二路径规划：先根据步骤3计算的能够没有碰撞脱离障碍物后方的距离，计算需要倒退的距离，规划出一段倒车的直线段；然后从倒车后的本车位置，按照第一路径规划的方式重新规划当前位姿到目标位姿的路径，直至避过障碍物。
本发明描述的自动驾驶车辆为四轮、后轮驱动的乘用车车辆，车辆在水平面具有一个矩形投影，定义以下四个点：A为矩形投影左前方、B为矩形投影右前方、C为矩形投影右后方、D为矩形投影左后方。本技术方案使用的坐标系都基于进入本功能时以车辆的后轴中心为原点，车辆正前方为X轴、车辆左方为Y轴建立的直角坐标系，其中车辆纵向中心轴方向与X轴的夹角为车辆的航向角Heading，三者构成车辆的位姿，即(X,Y,Heading)。
本发明进一步还提供一种自动驾驶车辆脱困的路径规划***，其包括
环境信息处理模块：用于接收并处理车辆环境传感器的信息，得到如下信息：车辆能够无碰撞运行的空间边界、车辆边缘到以上边界的距离、规划的终点；
定位模块，用于获取本车的定位信息，即坐标信息；
判断模块，用于判断是否能避过障碍物，依据本车到前方障碍物的距离信息和本车的定位信息，计算得到前进挡时本车方向盘打满时车右前角或车左前角是否能没有碰撞地脱离障碍物后方；
第一路径规划模块，根据本车目标位姿和初始位姿，规划四段路径使本车避过障碍物，第一段路径为一段固定半径的圆弧，对应从初始位姿方向盘打满到一个点；第二段路径为一个线段，对应于当车的航向角达到A时，采用直线形式前进；第三段路径为一段圆弧，对应于按照目标点T的坐标，方向盘反向方打满；第四段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段，对应于本车再走一个直线直接到达目标点；
第二路径规划模块，先根据判断模块计算的能够没有碰撞脱离障碍物后方的距离，计算需要倒退的距离，规划出一段倒车的直线段；然后从倒车后的本车位置，按照第一路径规划的方式重新规划当前位姿到目标位姿的路径，直至避过障碍物。
本发明还提供一种车辆，其采用以上所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划***。
本发明还提供一种存储有计算机可执行指令的存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以上所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划方法的步骤。
采用以上的技术方案，本发明具有如下明显的优点：
本发明通过加入传感器感知的环境信息，实时计算车辆与障碍物没有碰撞的距离，能够适应障碍物的不同位置，具有广泛的应用场景。
本发明设计的路径规划模块能够以简洁明了的路径规划解决在距离障碍物过近或没有避障成功的条件下，车辆自动驾驶脱困的问题。
附图说明
图1自动驾驶的整体框架图；
图2本发明提出的自动驾驶车辆脱困的路径规划的一种实施方式的展示图。
具体实施方式
以下使用一个特定的示例来说明技术方案的具体实施方式：
如图2所示，记图中下边的车为自动驾驶车辆即本车，其后轴中心为V1，矩形轮廓的四个点为A、B、C、D，方向盘左打满的车辆旋转中心为O，其上边的为障碍车辆，障碍车辆的后轴中心为V2，左后角的轮廓点为H。记两个点之间的距离为d，如A和B之间的距离为dAB。L1为左车道边界线，L2为右车道边界线。T点为目标点。AB中点为FM。
步骤1：感知环境：接收车辆的环视摄像头和超声波传感器的信息，根据这些信息进行处理得到以下信息：
车辆边缘到以上边界的距离，即本车到前方障碍车辆的距离LongDis。
车辆能够无碰撞运行的空间边界，即障碍车辆的边界点H的坐标，左车道边界线L1，表示为此线上一些固定间隔的离散点序列，右车道L2采用相同的方式表示。
规划的终点，表示为目标点T。其实根据车辆无碰的空间边界以及本车的几何参数确定在车辆的横向方向与此无碰的空间边界距离只有一定距离的一条线，此距离记为LatOffset。则车辆方向与L1平行时车辆的纵向方向所在的直线与以上这条线的交点即为目标点T。
计算出dOB、dOH。
步骤2：获取本车的定位信息，即坐标(XV,YV,HeadingV)。
步骤3：判断是否能避过障碍车辆：
如果dOH>dOB，则代表本车在方向盘左打满的情况下，车可以无碰撞地开出，因此，控制本车直接前进，转到步骤4。如果dOH<＝dOB，则代表在方向盘在左打满的情况下，本车无法无碰地开出，所以本车需要倒退才可以脱困，因此转到步骤5。
步骤4：第一路径规划：根据本车目标位姿和初始位姿，首先方向盘左打满固定，这样车会以绕点O旋转的形式的前进，所以第一段路径为一段固定半径的圆弧；当车的航向角达到30°时，采用直线形式前进，所以第二段路径为一个线段；按照目标点T的坐标，得到第三段路径为一段圆弧；第四段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段。
这样就规划出了自动驾驶车辆的路径，控制本车避过障碍物：根据本车目标位姿和初始位姿，首先选择从初始位姿方向盘打满到一个点，例如相左打满，然后走直线，然后方向盘反向方打满，例如向右打满，再走一个直线直接到达目标点。
步骤5：第二路径规划：
首先计算得到V1到FM的距离dV1FM，然后可以计算倒退的距离为
Figure BDA0003330233710000041
所以第一段路径规划为一个线段；当车走完第一段路径后，按照当前位姿计算得到的dOH>dOB，所以可以直接前进，首先方向盘左打满固定，这样车会以绕点O旋转的形式的前进，所以第二段路径为一段固定半径的圆弧；当车的航向角达到30°时，采用直线形式前进，所以第三段路径为一个线段；按照目标点T的坐标，得到第四段路径为一段圆弧；第五段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段。
这样就规划出了自动驾驶车辆的路径，控制车辆先安规划出的倒退直线路径倒退，倒退结束之后，在车刹停的情况下换前进挡，选择从倒退后的当前位姿方向盘打满到一个点，然后走直线，然后方向盘反向方打满，再走一个直线直接到达目标点，即可避过障碍车辆。

Claims (7)

1.一种自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，其特征在于，包括：
步骤1，感知环境：接收并处理车辆环境传感器的信息，得到如下信息：车辆能够无碰撞运行的空间边界、车辆边缘到以上边界的距离、规划的终点；
步骤2，获取本车的定位信息，即坐标信息；
步骤3，判断是否能避过障碍物：依据本车到前方障碍物的距离信息和本车的定位信息，计算得到前进挡时本车方向盘打满时车右前角或车左前角是否能没有碰撞地脱离障碍物后方，若是，则进入步骤4，若否则进入步骤5；
步骤4，第一路径规划：根据本车目标位姿和初始位姿，规划四段路径使本车避过障碍物，第一段路径为一段固定半径的圆弧，对应从初始位姿方向盘打满到一个点；第二段路径为一个线段，对应于当车的航向角达到A时，采用直线形式前进；第三段路径为一段圆弧，对应于按照目标点T的坐标，方向盘反向方打满；第四段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段，对应于本车再走一个直线直接到达目标点；
步骤5，第二路径规划：先根据步骤3计算的能够没有碰撞脱离障碍物后方的距离，计算需要倒退的距离，规划出一段倒车的直线段；然后从倒车后的本车位置，按照第一路径规划的方式重新规划当前位姿到目标位姿的路径，直至避过障碍物。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，其特征在于，本车的坐标系是基于车辆进入所述路径规划功能时以车辆的后轴中心为原点，车辆正前方为X轴、车辆左方为Y轴建立的直角坐标系，其中车辆纵向中心轴方向与X轴的夹角为车辆的航向角Heading，三者构成车辆的位姿，即(X,Y,Heading)。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，其特征在于，所述步骤5本车倒退的距离计算为：先计算得到后轴中心V1到AB中点FM的距离dV1FM，然后根据公式：
Figure FDA0003330233700000011
得到倒退的距离。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划方法，其特征在于，所述车辆环境传感器至少包括环视摄像头和超声波传感器。
5.一种自动驾驶车辆脱困的路径规划***，其特征在于，包括
环境信息处理模块：用于接收并处理车辆环境传感器的信息，得到如下信息：车辆能够无碰撞运行的空间边界、车辆边缘到以上边界的距离、规划的终点；
定位模块，用于获取本车的定位信息，即坐标信息；
判断模块，用于判断是否能避过障碍物，依据本车到前方障碍物的距离信息和本车的定位信息，计算得到前进挡时本车方向盘打满时车右前角或车左前角是否能没有碰撞地脱离障碍物后方；
第一路径规划模块，根据本车目标位姿和初始位姿，规划四段路径使本车避过障碍物，第一段路径为一段固定半径的圆弧，对应从初始位姿方向盘打满到一个点；第二段路径为一个线段，对应于当车的航向角达到A时，采用直线形式前进；第三段路径为一段圆弧，对应于按照目标点T的坐标，方向盘反向方打满；第四段路径为圆弧的终点连接到目标点的一个线段，对应于本车再走一个直线直接到达目标点；
第二路径规划模块，先根据判断模块计算的能够没有碰撞脱离障碍物后方的距离，计算需要倒退的距离，规划出一段倒车的直线段；然后从倒车后的本车位置，按照第一路径规划的方式重新规划当前位姿到目标位姿的路径，直至避过障碍物。
6.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求5所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划***。
7.一种存储有计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-4中所述的自动驾驶车辆脱困的路径规划方法的步骤。
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