一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法，装置包括设置在无人驾驶车辆左侧A柱外部的摄像头和一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱外部的摄像头以及一个设于无人驾驶车辆车顶的激光雷达；方法为：雷达对进入摄像头监控范围内的障碍物进行定位测速；基于避障算法确定即将与智能车发生碰撞的障碍物序列；智能车根据新的障碍物序列对当前避障路径进行重新规划，以完成避障操作；本发明专利技术将摄像头设于无人驾驶车辆的两A柱中部，有效地解决了无人驾驶车辆视野盲区的问题，同时提高了采集信息的完善、准确程度；将无人驾驶中不同的障碍物采用不同的避障判断算法，提高了无人驾驶车辆避障的准确度与精度。

An obstacle avoidance control device and control method for driverless vehicle based on Dubins path

The invention provides an obstacle avoidance control device and a control method for an unmanned vehicle based on the Dubins path. The device comprises a camera set outside the left column A of the unmanned vehicle, a camera set outside the right column A of the unmanned vehicle and a laser radar set on the roof of the unmanned vehicle. Radar locates and measures the speed of obstacles entering the monitoring range of the camera; determines the sequence of obstacles that will collide with the intelligent vehicle based on the obstacle avoidance algorithm; the intelligent vehicle redesigns the current obstacle avoidance path according to the new obstacle sequence to complete the obstacle avoidance operation; and the camera is arranged on the unmanned vehicle in the invention. In the middle of two A-pillars, the problem of blind area of unmanned vehicle's visual field is effectively solved, and the perfection and accuracy of information collection are improved. Different obstacle avoidance judgment algorithms are used to improve the accuracy and accuracy of obstacle avoidance of unmanned vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法
本专利技术属于汽车领域，涉及一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法。
技术介绍
随着汽车技术的不断发展与完善，无人驾驶技术应时而生，无人驾驶依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。其主要原理在于通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标；同时通过车载传感器感知周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。然而现阶段的无人驾驶技术主要存在这以下两个方面的问题：1.传感器存在识别障碍，雷达、摄像头对周围环境的感知受天气、环境影响大，传感器技术不完善且往往存在监控死角，无法准确获得附近障碍物信息；2.智能车处理器不能像人脑一样正确认知车辆、行人的行为，具有认知缺陷；3.人们对于无人驾驶技术的不信赖。前两个主要问题都导致了无人驾驶车辆不能准确的进行避障，也加剧了第三个问题的恶化，而现阶段很多专利也并没有很好的解决无人驾驶车辆避障问题。申请号为201610782894.3的专利公开了一种无人驾驶汽车的激光避障方法及系统,该系统包括驾驶控制模块、激光器组件、自主避障模块,其中,驾驶控制模块通过自主避障模块的指令来控制无人驾驶汽车的行驶，激光发射器向外界发送激光并接收外界障碍物反射回来的激光,将激光信号发送至无人驾驶汽车的自主避障模块进行避障，该专利技术能够通过接受被外接反射的激光信号来判断障碍物,实现无人驾驶汽车的自动避障；申请号为201610749321.0的专利公开了一种无人驾驶汽车的避障方法及系统,该系统包括信息采集模块、信息处理模块、行驶控制模块，信息采集模块采用激光测距阵列在无人驾驶汽车的前进方向上进行立体场景信息采集，信息处理模块根据采集到的立体场景信息,对无人驾驶汽车的前方进行障碍点侦测,确定避障路径,控制无人驾驶汽车按照所述避障路径进行行驶；但是，以上两专利虽然能够准确避免静态障碍物，但是对于动态障碍物不能起到很好的避障作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法。所述装置能够预测其他车辆、行人的行驶路径，并且根据其行驶路径控制自身车辆的行驶状态，本专利技术能够提高无人驾驶车辆行车的安全性，具体目的为：1.帮助无人驾驶车辆进行障碍物的识别，提高无人驾驶技术的完善性，解决现阶段由于传感器技术不完善引起的一系列问题；2.解决无人驾驶车辆处理器的认知缺陷问题，帮助进行运动障碍物的路径预判，以降低无人驾驶交通事故的产生。本专利技术是采用如下技术方案实现的：本专利技术提供了一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置，其特征在于，包括一个设置在无人驾驶车辆左侧A柱外部的摄像头、一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱外部的摄像头以及一个设于无人驾驶车辆车顶的激光雷达，两个摄像头均处于所在A柱的中部且位于同一水平线上，激光雷达与无人驾驶车辆的质心处于同一直线上，且该直线与水平面相垂直，两个摄像头以及激光雷达均与无人驾驶车辆的ECU连接。本专利技术还提供了一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤(一)雷达对进入摄像头监控范围内的障碍物进行定位测速；步骤(二)基于避障算法确定即将与智能车发生碰撞的障碍物序列；步骤(三)智能车根据新的障碍物序列对当前避障路径进行重新规划，以完成避障操作；其中，步骤(一)具体过程为：无人驾驶车辆通过位于左右两侧A柱中部的两个摄像头以及车顶的激光雷达探测所处多障碍物环境下的障碍物信息；建立无人驾驶车辆搜索模型，假设无人驾驶车辆的搜索区域为半径为R、开角为2θ的区域，θ由摄像头可见角度决定，R由摄像头监控距离决定；激光雷达检测到处于无人驾驶车辆的搜索区域的障碍物的个数、障碍物的行驶速度、障碍物的位置以及无人驾驶车辆质心与障碍物观测点之间的距离，并将运动数据传送至无人驾驶车辆中央处理器中；步骤(二)具体过程为：定义范围圆为以无人驾驶车辆质心为圆心，以R1为半径的圆，且该范围圆应包围无人驾驶车辆轮廓线并且使l′≥l，l′为范围圆与无人驾驶车辆轮廓线之间的最短距离，l为两个车辆间的最短安全距离；当障碍物进入搜索区域后，则开始进行避障判断；无人驾驶车辆在行驶过程中一般处于多障碍物环境下，为了更加准确的执行避障操作，将无人驾驶车辆遇到的障碍物分为两种：静止障碍物以及运动障碍物；判断方法为：激光雷达每隔0.05s获取雷达监测范围内的障碍物的速度、位置信息，若每一时刻障碍物的速度为0，则该障碍物为静止障碍物，若存在某一时刻障碍物的速度不为0，则该障碍物为运动障碍物；假设无人驾驶车辆做直线运动，构建二维平面xoy，以无人驾驶车辆的质心为原点，以无人驾驶车辆前进方向为y轴，y轴沿顺时针方向旋转90度为x轴的正方向；(1)对静止障碍物进行避障判断：因为静止障碍物的速度为0，即静止障碍物观测点坐标不变，设静止障碍物观测点坐标为(x0,y0)，所以做直线运动的无人驾驶车辆与静止障碍物的最短距离就是静止障碍物观测点到y轴的垂线长度；可知该垂线长度就是静止障碍物观测点横坐标的绝对值，即|x0|；当|x0|大于范围圆半径R1时，可判断该静止障碍物不会与无人驾驶车辆发生碰撞；当|x0|小于或等于范围圆半径R1时，判断该静止障碍物会与无人驾驶车辆发生碰撞，将判断会发生碰撞的静止障碍物加入障碍物序列中；(2)对运动障碍物进行避障判断：首先，采用卡尔曼滤波算法对运动障碍物观测点轨迹进行轨迹预测，具体操作为：a、构建系统预测方程以k-1表示当前时刻，设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的位置为(x(k-1),y(k-1))；设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的速度为(vx(k-1),vy(k-1))；设每一个时刻的时间间隔即为采样间隔时间t，取t＝0.15s；设Qx(k-1),Qy(k-1)是均值为零、方差为σ02的k-1时刻的高斯白噪声Q(k-1)的2个正交向量，Qx(k-1),Qy(k-1)任意时刻相互独立，e为自然常数也称欧拉数，则根据物理运动公式，得到k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内的位置和速度方程如下：式中，为k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内位置的预测值，为k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内速度的预测值；整理得到系统预测方程为：其中，令X(k-1)＝(x(k-1)vx(k-1)y(k-1)vy(k-1))T为k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内的预测值，X(k-1)为k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内的激光雷达测量值；令于是得到简化的系统预测方程：b、构建系统测量方程同理，设激光雷达测量到的k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的位置为(x(k),y(k))；设激光雷达测量到的k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的速度为(vx(k),vy(k))；设Rx(k),Ry(k)是均值为零、方差为σ12的k时刻的高斯白噪声R(k)的2个正交向量，Rx(k),R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置，其特征在于，包括一个设置在无人驾驶车辆左侧A柱(3)外部的摄像头(4)、一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱(3)外部的摄像头(4)以及一个设于无人驾驶车辆车顶(1)的激光雷达(2)，两个摄像头(4)均处于所在A柱(3)的中部且位于同一水平线上，激光雷达(2)与无人驾驶车辆的质心处于同一直线上，且该直线与水平面相垂直，两个摄像头(4)以及激光雷达(2)均与无人驾驶车辆的ECU连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置，其特征在于，包括一个设置在无人驾驶车辆左侧A柱(3)外部的摄像头(4)、一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱(3)外部的摄像头(4)以及一个设于无人驾驶车辆车顶(1)的激光雷达(2)，两个摄像头(4)均处于所在A柱(3)的中部且位于同一水平线上，激光雷达(2)与无人驾驶车辆的质心处于同一直线上，且该直线与水平面相垂直，两个摄像头(4)以及激光雷达(2)均与无人驾驶车辆的ECU连接。2.一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤(一)雷达对进入摄像头监控范围内的障碍物进行定位测速；步骤(二)基于避障算法确定即将与智能车发生碰撞的障碍物序列；步骤(三)智能车根据新的障碍物序列对当前避障路径进行重新规划，以完成避障操作；其中，步骤(一)具体过程为：无人驾驶车辆通过位于左右两侧A柱(3)中部的两个摄像头(4)以及车顶(1)的激光雷达(2)探测所处多障碍物环境下的障碍物信息；建立无人驾驶车辆搜索模型，假设无人驾驶车辆的搜索区域为半径为R、开角为2θ的区域，θ由摄像头可见角度决定，R由摄像头监控距离决定；激光雷达(2)检测到处于无人驾驶车辆的搜索区域的障碍物的个数、障碍物的行驶速度、障碍物的位置以及无人驾驶车辆质心与障碍物观测点之间的距离，并将运动数据传送至无人驾驶车辆中央处理器中；步骤(二)具体过程为：定义范围圆为以无人驾驶车辆质心为圆心，以R1为半径的圆，且该范围圆应包围无人驾驶车辆轮廓线并且使l′≥l，l′为范围圆与无人驾驶车辆轮廓线之间的最短距离，l为两个车辆间的最短安全距离；当障碍物进入搜索区域后，则开始进行避障判断；无人驾驶车辆在行驶过程中一般处于多障碍物环境下，为了更加准确的执行避障操作，将无人驾驶车辆遇到的障碍物分为两种：静止障碍物以及运动障碍物；判断方法为：激光雷达每隔0.05s获取雷达监测范围内的障碍物的速度、位置信息，若每一时刻障碍物的速度为0，则该障碍物为静止障碍物，若存在某一时刻障碍物的速度不为0，则该障碍物为运动障碍物；假设无人驾驶车辆做直线运动，构建二维平面xoy，以无人驾驶车辆的质心为原点，以无人驾驶车辆前进方向为y轴，y轴沿顺时针方向旋转90度为x轴的正方向；(1)对静止障碍物进行避障判断：因为静止障碍物的速度为0，即静止障碍物观测点坐标不变，设静止障碍物观测点坐标为(x0,y0)，所以做直线运动的无人驾驶车辆与静止障碍物的最短距离就是静止障碍物观测点到y轴的垂线长度；可知该垂线长度就是静止障碍物观测点横坐标的绝对值，即|x0|；当|x0|大于范围圆半径R1时，可判断该静止障碍物不会与无人驾驶车辆发生碰撞；当|x0|小于或等于范围圆半径R1时，判断该静止障碍物会与无人驾驶车辆发生碰撞，将判断会发生碰撞的静止障碍物加入障碍物序列中；(2)对运动障碍物进行避障判断：首先，采用卡尔曼滤波算法对运动障碍物观测点轨迹进行轨迹预测，具体操作为：a、构建系统预测方程以k-1表示当前时刻，设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的位置为(x(k-1),y(k-1))；设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的速度为(vx(k-1),vy(k-1))；设每一个时刻的时间间隔即为采样间隔时间t，取t＝0.15s；设Qx(k-1),Qy(k-1)是均值为零、方差为σ02的k-1时刻的高斯白噪声Q(k-1)的2个正交向量，Qx(k-1),Qy(k-1)任意时刻相互独立，e为自然常数也称欧拉数，则根据物理运动公式，得到k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内的位置和速度方程如下：式中，为k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内位置的预测值，为k时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy内速度的预测值；整理得到系统预测方程为：其中，令X(k-1)＝(x(k-1)vx(k-1)y(k-1)vy(k-1))T为k时刻运动障碍物...

【专利技术属性】
技术研发人员：何磊，宋琪，曹起铭，李成宏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22