一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法技术

本发明专利技术公开一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，是基于V2X通信，自主泊车控制器通过停车场服务器提供的停车场拓扑地图、目标空置车位和动态道路通行矩阵，规划行车的全局路径和泊车路径，然后通过融合协调，形成平滑完整的自主泊车路径。本发明专利技术方法实现了在车辆运行前就规划出从停车场入口到车位的自主泊车路径，实现全局路径与泊车路径的无偏差融合，使低速自动驾驶与自动泊车能够平滑过渡，解决了低速自动驾驶与自动泊车的高效切换问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法
本专利技术涉及智能网联汽车
，具体涉及一种基于拓扑地图的停车场自主泊车路径协调方法。
技术介绍
随着汽车智能化的发展，自动泊车辅助系统(AutomatedParkingAssist,APA)已在实际生活中帮助人们提高了泊车的效率与安全性。然而传统的自动泊车需要驾驶员在停车场中寻找车位，然后将车辆准确地停在泊车位置，泊车整个过程仍需要驾驶员介入，未能减轻该工况下的驾驶负担，因而研发更高智能化程度的自主泊车系统，或称为自动代客泊车(AutomatedValetParking,AVP)，使汽车能够自主的从停车场入口落客区完成整个低速自动驾驶与自主泊车任务，将人们彻底从泊车工况中解放出来，是弥补APA现有功能缺陷的有效途径。然而自主泊车的研究尚存在诸多问题与局限性。在自动驾驶的技术背景下，将低速自动驾驶与传统的自动泊车技术相结合是实现自主泊车的有效途径。但采用高精度地图的传统自动驾驶方案不仅计算代价高，硬件成本高，也难以与现有泊车方法结合，并不适用当前APA系统升级的平滑过渡，也无法针对性地实现自主泊车功能。而低速自动驾驶与自动泊车的高效切换，即如何解决车辆停车位置、切换时机以及车辆到达车位后的再确认，是自主泊车的关键问题。
技术实现思路
基于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，着力于解决车辆从停车场落客区到停车位之间的全局路径与泊车路径的融合问题，进而确定低速自动驾驶与泊车切换时的停车位置、切换时机，同时避免了车辆到达车位之后再确认泊车。主要涉及基于激光雷达点云数据的停车场拓扑地图构建和基于拓扑地图的自主泊车路径的协调方法。本专利技术解决以上技术问题所采取的技术方案如下：一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，该方法用于融合全局路径与泊车路径，确定低速自动驾驶与泊车系统切换时的车辆停车位置与切换时机。具体如下：基于V2X通信，自主泊车控制器根据停车场服务器提供的停车场拓扑地图、目标空置车位和动态道路通行矩阵，规划行车的全局路径和泊车路径，然后通过融合协调，形成平滑完整的自主泊车路径。包含如下步骤：(1)在停车场端，布置停车场服务器，所述服务器中存储有停车场拓扑地图，同时具有根据停车场监控实时更新动态道路通行矩阵和空余车位编号，为车辆分配目标空置车位的能力，所述地图中包含有道路主节点、停车位对应道路节点、各节点构建的邻接矩阵、车位信息；在车辆端，布置自主泊车控制器，所述控制器基于V2X通信从停车场服务器下载停车场拓扑地图，并接收目标空置车位信息和当前动态道路通行矩阵；(2)所述自主泊车控制器根据车辆当前位置及停车场服务器提供的信息，基于停车场拓扑地图，规划车辆在道路上可通行的全局路径，然后根据全局路径末点的行车方向与停车位之间的方位关系确定泊车方向，再根据停车位泊车类型、全局路径末点距离车位的横向距离、停车位顶点坐标信息和车辆的外形参数规划泊车路径；(3)经过全局路径与泊车路径的拼接、节点优化、平滑处理、路径拟合，得到无偏差融合且平滑过渡的自主泊车路径。其中，停车场拓扑地图构建的方法是，基于激光雷达点云数据：1)在激光雷达采集前的预定义坐标系下，从激光雷达采集的点云数据中提取停车位顶点坐标、车道线节点坐标，停车位顶点指车位的四个角点，车道线节点指各路段车道线的端点；2)根据预定义坐标系的平面中心原点与平面法向量，将步骤1)提取的坐标经过投影变换、四元数变换后变为平面直角坐标系下的坐标；3)选取停车场内某一点作为坐标系原点，建立停车场坐标系，然后将2)中的坐标转至停车场坐标系下；4)设计停车位顶点、道路主节点和停车位对应道路节点：(a)每个停车位的四个角点都作为停车位顶点；(b)道路主节点：选取同向车道中心线之间的交点作为道路主节点，且主节点之间连线与对应道路侧的车位线平行；(c)停车位对应道路节点：在预设的车位坐标系基础上确定：即在车位中心面向道路方向时，以车位左后顶点为车位坐标系原点，左后顶点到右后顶点的方向为车位坐标系x轴正方向，左后顶点到左前顶点的方向为y轴正方向；然后，过车位中心且平行于y轴的直线与所面向道路的两个道路主节点连线的交点作为该车位对应的道路节点；5)构建邻接矩阵：对步骤(4)设计的道路主节点和停车位对应道路节点统一编号，对于任意两节点i,j，根据从节点i到节点j的直接连接情况，确定矩阵中的元素ai,j为0还是1，可通行设置为1，不可通行为0，最终根据节点总数N构建出N*N的邻接矩阵Ar+p；6)对地图信息统一描述，包括道路拓扑信息和车位信息：(a)道路拓扑信息Map包括由道路主节点信息Noder和车位对应道路节点信息Nodep构成的所有节点信息Noder+p，以及由邻接矩阵构成的节点连接状态信息：Map＝G(Noder+p,Ar+p)式中，Noder和Nodep中各节点坐标由停车场坐标系横、纵坐标表示，Nr为道路主节点个数，Np为停车位个数也即车位对应道路节点个数；Ar+p由描述节点之间连接关系的元素ai,j、aj,i构成，ai,j、ai,j∈{0,1}；(b)车位信息表述如下：Pp,i＝{np,i,Tp,i,Wi,Li,Di,hi,Ppv,i}其中，停车场所有车位的车位顶点信息如下:Np为停车位个数，每个车位四个顶点Vlr,Vrr,Vrf,Vlf分别表示车位左后、右后、右前、左前顶点；np,i代表第i个车位的车位编号，Tp,i代表第i个车位的车位类型，Wi，Li分别代表第i个车位的宽和长，Di表示第i个车位前方的通车道路宽，hi表示第i个车位泊车起点的横向位移参数；Ppv,i代表第i个车位的四个顶点的坐标；并构建车位编号与停车位对应道路节点之间的对应关系如下：P2R＝{np,i,Nodep,i,DPi,LPi}Nodep,i代表第i个车位对应的停车位对应道路节点；DPi代表第i个车位所允许的泊车方向；LPi代表第i个车位直线泊车需要添加的节点编号。其中，基于停车场道路节点设计原则与自主泊车路径规划原则，融合全局路径与泊车路径：1)基于停车场道路节点设计原则，根据车位信息中的泊车类型，以全局路径Pathglobal末点的方向判断泊车方向，距离车位的横向距离作为泊车规划的初始条件，进而规划出泊车路径Pathparking：Drtdriving,i∈{-1,0,1}式中，(xgp,i,ygp,i)为路径第i个节点的坐标，Ngp为路径节点数，Pathparking,i为第i段泊车路径，(xppi,j,yppi,j)为第i段路径第k个节点的坐标，Nppi为第i段路径的节点数，Drtdriving,i为第i段路径允许车辆的行驶方向，定义1为前进，-1为倒车，0表示路径不存在；2)将全局路径末点替换为泊车起始点，若泊车路径存在前行部分，在节点替换后将全局路径与泊车路径拼接共同作为前进段路径Pathforward，倒车部分作为倒车段路径Pathbackward，表述如下：Pathforward包括两段路径，若泊车规划不存在车辆前进部分，Pathforward仅取式中第一部分；3)对拼接后的路径进行节点优化，根据各节点的方向信息判断相关联的节点是否在同一道路直线上，如果在同一条直线上，仅保留首末节点，中间点剔除，节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，其特征在于，基于V2X通信，自主泊车控制器根据停车场服务器提供的停车场拓扑地图、目标空置车位和动态道路通行矩阵，规划行车的全局路径和泊车路径，然后通过融合协调，形成平滑完整的自主泊车路径；包含如下步骤：(1)在停车场端，布置停车场服务器，所述服务器中存储有停车场拓扑地图，同时具有根据停车场监控实时更新动态道路通行矩阵和空余车位编号，为车辆分配目标空置车位的能力，所述地图中包含有道路主节点、停车位对应道路节点、各节点构建的邻接矩阵、车位信息；在车辆端，布置自主泊车控制器，所述控制器基于V2X通信从停车场服务器下载停车场拓扑地图，并接收目标空置车位信息和当前动态道路通行矩阵；(2)所述自主泊车控制器根据车辆当前位置及停车场服务器提供的信息，基于停车场拓扑地图，规划车辆在道路上可通行的全局路径，然后根据全局路径末点的行车方向与停车位之间的方位关系确定泊车方向，再根据停车位泊车类型、全局路径末点距离车位的横向距离、停车位顶点坐标信息和车辆的外形参数规划泊车路径；(3)经过全局路径与泊车路径的拼接、节点优化、平滑处理、路径拟合，得到无偏差融合且平滑过渡的自主泊车路径。...

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，其特征在于，基于V2X通信，自主泊车控制器根据停车场服务器提供的停车场拓扑地图、目标空置车位和动态道路通行矩阵，规划行车的全局路径和泊车路径，然后通过融合协调，形成平滑完整的自主泊车路径；包含如下步骤：(1)在停车场端，布置停车场服务器，所述服务器中存储有停车场拓扑地图，同时具有根据停车场监控实时更新动态道路通行矩阵和空余车位编号，为车辆分配目标空置车位的能力，所述地图中包含有道路主节点、停车位对应道路节点、各节点构建的邻接矩阵、车位信息；在车辆端，布置自主泊车控制器，所述控制器基于V2X通信从停车场服务器下载停车场拓扑地图，并接收目标空置车位信息和当前动态道路通行矩阵；(2)所述自主泊车控制器根据车辆当前位置及停车场服务器提供的信息，基于停车场拓扑地图，规划车辆在道路上可通行的全局路径，然后根据全局路径末点的行车方向与停车位之间的方位关系确定泊车方向，再根据停车位泊车类型、全局路径末点距离车位的横向距离、停车位顶点坐标信息和车辆的外形参数规划泊车路径；(3)经过全局路径与泊车路径的拼接、节点优化、平滑处理、路径拟合，得到无偏差融合且平滑过渡的自主泊车路径。2.根据权利要求1所述的基于拓扑地图的自主泊车路径协调方法，其特征在于，停车场拓扑地图构建的方法是：基于激光雷达点云数据，1)在激光雷达采集前的预定义坐标系下，从激光雷达采集的点云数据中提取停车位顶点坐标、车道线节点坐标，停车位顶点指车位的四个角点，车道线节点指各路段车道线的端点；2)根据预定义坐标系的平面中心原点与平面法向量，将步骤1)提取的坐标经过投影变换、四元数变换后变为平面直角坐标系下的坐标；3)合理选取坐标系原点，建立停车场坐标系，然后将2)中的坐标转换至停车场坐标系下；4)设计停车位顶点、道路主节点和停车位对应道路节点：(a)每个停车位的四个角点都作为停车位顶点；(b)道路主节点：选取同向车道中心线之间的交点作为道路主节点，且主节点之间连线与对应道路侧的车位线平行；(c)停车位对应道路节点：在预设的车位坐标系基础上确定：即在车位中心面向道路方向时，以车位左后顶点为车位坐标系原点，左后顶点到右后顶点的方向为车位坐标系x轴正方向，左后顶点到左前顶点的方向为y轴正方向；然后，过车位中心且平行于y轴的直线与所面向道路的两个道路主节点连线的交点作为该车位对应的道路节点；5)构建邻接矩阵：对步骤(4)设计的道路主节点和停车位对应道路节点统一编号，对于任意两节点i,j，根据从节点i到节点j的直接连接情况，确定矩阵中的元素ai,j为0还是1，可通行设置为1，不可通行为0，最终根据节点总数N构建出N*N的邻接矩阵Ar+p；6)对地图信息统一描述，包括道路拓扑信息和车位信息：(a)道路拓扑信息Map包括由道路主节点信息Noder和车位对应道路节点信息Nodep构成的所有节点信息Noder+p，以及由邻接矩阵构成的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗禹贡，王永胜，江发潮，陈锐，黄晨，秦兆博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11