一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，属于自动驾驶领域；具体为，首先针对当前车辆，获得当前车辆前方150m范围内道路Reference_line上的所有轨迹点信息，并计算各个轨迹点处的曲率；判断是否存在至少三个连续曲率都大于阈值，如果是，则认为前方有车辆掉头场景，将第一个满足曲率阈值要求的连续轨迹点作为开放空间规划的触发点，最远的轨迹点作为终点；否则，车辆继续跟随原本的Reference_line规划路径行驶。判断车辆和触发点的距离s是否小于15m，如果是，进行开放空间路径规划，得到车辆掉头的规划轨迹；否则，车辆继续按照原本的路径行驶，直到距离满足阈值要求。本发明专利技术在面对车辆掉头场景时，车辆顺利通过，解决了自动驾驶车辆的掉头问题。解决了自动驾驶车辆的掉头问题。解决了自动驾驶车辆的掉头问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法


[0001]本专利技术属于自动驾驶领域，具体涉及一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法。

技术介绍

[0002]近些年来，自动驾驶领域迅速发展；自动驾驶车辆依靠感知、定位、路径规划以及控制等模块的协同合作，实现了在无人情形下自动安全地驾驶车辆。其中路径规划模块主要是实现从车身位置到目标位置的轨迹规划，通过接收感知/定位/地图信息，构建可行驶范围，生成安全舒适的全局轨迹，并实时传输局部轨迹给车辆控制模块。
[0003]当前在城市道路环境中，自动驾驶车辆的路径规划主要是通过计算道路参考线的方式得到，即通过感知得到的道路环境信息，包括道路边界、障碍物、行人和车辆等，考虑车辆的动力学特征，通过轨迹平滑处理，规划出一条能够让车辆安全行驶的平滑轨迹。然而，在车辆掉头过程，当前所使用的基于参考线的路径规划方法虽然能够规划出一条轨迹，但是当轨迹包含较大的连续转向时，自动驾驶车辆在连续大幅度转向的极限情况下会给下游的控制模块产生极大的压力，如在车辆掉头场景中会由于控制模块无法跟上，导致车辆连续点刹甚至停车的现象，因此车辆掉头路径规划方法的研究对于车辆自动驾驶的实现具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对当前基于参考线(Reference_line)的路径规划方法在面对车辆掉头场景时，车辆难以顺利通过的问题，本专利技术提出一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，基于开放空间规划路径，解决自动驾驶车辆的掉头问题。
[0005]所述的适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一、针对当前车辆，获得当前车辆前方150m范围内道路Reference_line上的所有轨迹点信息，并计算Reference_line上各个轨迹点处的曲率；
[0007]曲率计算公式如下：
[0008][0009]其中：为道路Reference_line上相邻轨迹点之间的角度差值；Δs为道路Reference_line上相邻轨迹点之间曲线的弧长；
[0010]步骤二、判断是否存在至少三个连续轨迹点的曲率都大于阈值范围，如果是，则认为前方有车辆掉头场景，进入步骤三；否则，车辆继续跟随原本的Reference_line规划路径行驶。
[0011]曲率阈值的设置根据车辆的最小转弯半径确定，车辆最小转弯半径R的计算公式为：
[0012][0013]其中：L为车身长度，ψ为车辆方向的最大转角。
[0014]步骤三、从满足阈值要求的连续轨迹点中，将第一个满足曲率阈值要求的连续轨迹点作为开放空间规划的触发点，最远的连续轨迹点作为开放空间规划的终点；
[0015]步骤四、判断车辆和触发点的距离s是否小于15m，如果是，进入步骤五，进行开放空间规划，否则，车辆继续按照原本的路径行驶，直到距离满足阈值要求。
[0016]步骤五、进行开放空间路径规划，得到车辆掉头的规划轨迹；
[0017]具体步骤为：
[0018]步骤501、根据车辆的长、宽信息以及车辆抵达终点位置的姿态(角度)，预处理得到车辆在终点位置停车的矩形区域；
[0019]将原本车辆在终点处的停车位置从坐标表示转换成矩形区域表示，矩形区域的信息以其四个顶点的坐标位置来表征。
[0020]步骤502、根据车辆进入开放空间规划后的环境信息以及车辆信息，生成车辆掉头的感兴趣区域。
[0021]具体为：
[0022]从触发点开始，到终点位置后约15m的位置结束，整个区间内，以0.5m的距离分辨率进行道路边界采样，从采样点中选择道路中曲率变化明显的边界点和路宽度有明显变化的边界点加入到道路边界信息中；判断能否将道路边界处理成凸约束的形式，如果是，则道路边界信息处理完成，所有的道路边界点构成的区域为车辆掉头的感兴趣区域。否则，无法获得车辆掉头的感兴趣区域，报告错误信息，车辆停止在当前位置。
[0023]曲率变化明显的点是指：拟合的道路边界曲线上相邻采样点之间切线角度的差值大于0.15rad，则认为这两个采样点之间的道路边界有明显的曲率变化，将采样点信息加入到道路边界信息中。
[0024]道路宽度明显变化是指：车辆当前轨迹点与前轨迹点形成的角度的正切值tan(theta1)，车辆当前轨迹点与后轨迹点形成的角度正切值tan(theta2)，若二者的差值大于阈值0.4，则认为当前轨迹点所在处的道路宽度与前后相比有较为明显的变化，将其加入道路边界信息中。
[0025]步骤503、在车辆掉头的感兴趣区域中，利用Hybrid A*的路径搜索算法，规划一条从起点到终点的无碰撞轨迹；
[0026]步骤504、遍历轨迹上的所有轨迹点，根据是否包含倒车过程，插入轨迹点后进行轨迹的分割；
[0027]具体为：判断当前轨迹点与后一轨迹点之间的角度差值是否大于90度，如果是，在当前轨迹点位置插入大量位置相同，速度、加速度为零的点，作为分割用的预瞄点；否则，不予处理，继续遍历下一个轨迹点，直至遍历完毕所有轨迹点；
[0028]在轨迹分割过程中，将车辆正向前进和倒车的轨迹按照次序分段存储，其中，轨迹分割的位置点既是前一段轨迹的最后一点也是下一段轨迹的起点。
[0029]步骤505、对分割后的每个轨迹段进行编码，车辆按规划的轨迹行驶，根据各轨迹点和车辆的交并比IOU，得到车辆实际位置对应的轨迹点；
[0030]具体为：
[0031]首先，遍历每一个轨迹段的每一个轨迹点，将车辆在该轨迹点处的位置和姿态，与当前车辆实际的位置和姿态作差，判断俩个差值是否都在阈值范围内，如果是，通过车辆当前的位置和车辆的长，宽等参数信息建立车辆的ego_box和轨迹点所在位置的path_point_box,，计算二者的交并比(IOU)，记录当前轨迹点的信息，包括轨迹点所在的轨迹段，轨迹点在轨迹段中的索引，IOU值等。，否则，不予处理，重复上述过程，直到遍历完所有轨迹段。
[0032]然后，将保存的各轨迹点按IOU值从大到小排序，依次检验，删除历史轨迹点后，最大的IOU值对应的轨迹点，即为与车辆当前实际位置对应的轨迹点。
[0033]在确定车辆当前位置后，以车辆当前所在的轨迹点为矩阵，对后续轨迹点距离和时间进行调整，从而减小在车辆行驶过程中所带来的误差。
[0034]步骤506、实时判断车辆行驶过程中是否有障碍物，如果是，进入步骤507；否则，进入步骤508；
[0035]步骤507、判断车辆是否与障碍物发生碰撞，如果是，以车辆当前实际位置的轨迹点为规划起点，返回步骤503重新规划；否则，将该轨迹的最后一个轨迹点作为规划起点，返回步骤503重新规划；
[0036]碰撞检测：根据车辆所在的位置和长、宽参数，建立车辆的ego_box(矩形)，从预测模块得到障碍物的obstacle_box(矩形)，采取分离轴定理检测二者是否发生重叠，如果是，则说明车辆在该轨迹点会和障碍物发生碰撞，如果存在以下两种情形则认本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，针对当前自动驾驶车辆，获得该车辆前方150m范围内道路Reference_line上的所有轨迹点信息，并计算Reference_line上各个轨迹点处的曲率；然后，判断是否存在至少三个连续轨迹点的曲率都大于阈值范围，如果不存在，车辆继续跟随原本的Reference_line规划路径行驶；否则，认为前方有车辆掉头场景，从满足阈值要求的连续轨迹点中，将第一个满足曲率阈值要求的连续轨迹点作为开放空间规划的触发点，最远的连续轨迹点作为开放空间规划的终点；最后，实时判断车辆和触发点的距离s是否小于15m，如果是，进行开放空间规划，得到车辆掉头的规划轨迹；否则，车辆继续按照原本的路径行驶，直到距离满足阈值要求。2.如权利要求1所述的一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，其特征在于，所述的曲率计算公式如下：其中：为道路Reference_line上相邻轨迹点之间的角度差值；Δs为道路Reference_line上相邻轨迹点之间曲线的弧长。3.如权利要求1所述的一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，其特征在于，所述的曲率阈值的设置根据车辆的最小转弯半径R确定，计算公式为：其中：L为车身长度，ψ为车辆方向的最大转角。4.如权利要求1所述的一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，其特征在于，所述的进行开放空间路径规划，具体步骤为：步骤501、根据车辆的长、宽信息以及车辆抵达终点位置的姿态或角度，预处理得到车辆在终点位置停车的矩形区域；将原本车辆在终点处的停车位置从坐标表示转换成矩形区域表示，矩形区域的信息以其四个顶点的坐标位置来表征；步骤502、根据车辆进入开放空间规划后的环境信息以及车辆信息，生成车辆掉头的感兴趣区域；步骤503、在车辆掉头的感兴趣区域中，利用Hybrid A*的路径搜索算法，规划一条从起点到终点的无碰撞轨迹；步骤504、遍历轨迹上的所有轨迹点，根据是否包含倒车过程，插入轨迹点后进行轨迹的分割；步骤505、对分割后的每个轨迹段进行编码，车辆按规划的轨迹行驶，根据各轨迹点和车辆的交并比IOU，得到车辆实际位置对应的轨迹点；步骤506、实时判断车辆行驶过程中是否有障碍物，如果是，进入步骤507；否则，进入步骤508；步骤507、判断车辆是否与障碍物发生碰撞，如果是，以车辆当前实际位置的轨迹点为规划起点，返回步骤503重新规划；否则，将该轨迹的最后一个轨迹点作为规划起点，返回步骤503重新规划；
步骤508、实时判断车辆当前的位置、姿态与车辆在终点的位置、姿态的差值，是否都在阈值范围内，如果是，则车辆抵达终点，车辆掉头过程结束；否则，根据规划起点调用规划算法，进行新的规划。5.如权利要求4所述的一种适用于自动驾驶车辆掉头的路径规划方法，其特征在于，所述的步骤502具体为：从触发点开始，到终点位置后约15m的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王养柱，吴成龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：