一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法技术

本发明专利技术属于泊车路径规划领域，尤其涉及一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，包括获取车位信息并识别车位类型；根据车位类型设置假想吸引点位置；车辆根据假想吸引点对车身的引力所产生的虚拟转矩计算目标方向盘转角；假想障碍物和车位顶点对车身产生斥力作用，假想引力和斥力共同产生总虚拟转矩并以此计算目标方向盘转角进行躲避；车位线作为约束条件，完成泊车等步骤。本发明专利技术降低了对泊车起始位姿的要求，实时测量与车位及附近障碍物的距离，通过计算车身受到引力斥力所产生的转矩，从而计算目标方向盘转角，控制方法简单，对跟踪精度要求不高，降低了误差修正的难度，提高了泊车效率。高了泊车效率。高了泊车效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法


[0001]本专利技术属于泊车路径规划领域，尤其涉及一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，国内汽车保有量持续增长，城市中停车位资源日趋减少，停车空间也越来越小。许多没有充足驾驶经验的驾驶员在面对狭小空间的泊车时，往往需要多次尝试，甚至某些场景下仍无法顺利完成泊车，耗费大量时间。
[0003]自动泊车系统可以在一定程度上缓解停车难的问题。其通过车辆搭载的传感器获取车身周围环境信息，再考虑车辆转向、障碍物相对位置等约束条件，然后规划出一条可行路径，最后控制车辆跟随路径完成泊车。其中路径规划是自动泊车的关键环节，规划出的路径是否合理直接决定了泊车的效果。目前泊车路径规划的方法主要有，根据感知到的车位环境信息，采用圆弧
‑
直线或双圆弧方法。
[0004]然而，由于泊车环境空间不足的问题，往往车辆很难按照规划出的路径一次完成泊车，尤其是垂直停车位在泊车开始前需要较大的侧方空间才能一次泊入。在车辆多次调整的过程中，由于传感器的探测范围等功能限制、车辆低速下的跟踪精度误差等问题，会使误差不断积累，可能会导致碰撞的发生。
[0005]参考分子间相互作用力，夸克粒子间的引力随着距离的增加而增加，当距离很小时引力为零；分子间的斥力随着距离的减小而增加，当距离很小时斥力无限大，近似为刚性。
[0006]因此，需要根据车辆与各要素间相对位置关系，在泊车过程中进行实时的动态规划，以避免碰撞发生的可能。
专利
技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，以减少自动泊车过程中由于环境感知不充分、跟踪误差积累等原因导致的失败甚至是碰撞发生的可能性，在面对狭小车位时，可以根据斥力、引力作用通过多次调节顺利完成泊车。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案包括如下步骤：
[0009]1)利用车载超声波雷达、视觉传感器、毫米波雷达获取目标车位信息和周围障碍物信息，当获取到可泊车位且识别车位类型后开始泊车，并实时检测车位和障碍物与车辆之间的相对位置关系；
[0010]2)车辆前后轴分别受到假想吸引点的吸引作用，且距离越远引力越强，引力对车身产生虚拟转矩，有使车身绕质心发生转动的趋势，从作用于车身的虚拟转矩计算所需的目标方向盘转角α：
[0011][0012]其中M为车身所受转矩，M0为预设的转矩阈值，k
S
为预设的方向盘转角跟随系数；
[0013]3)当检测到障碍物距离车辆小于1米时假想对车身产生斥力作用，且距离越近斥力越强；当障碍物距离车身小于20cm时，车辆停止并换挡向反方向行驶；根据假想的引力和斥力综合作用下的总虚拟转矩计算目标方向盘转角，控制车辆泊车方向；
[0014]4)当车辆未能一次完成泊车，车辆倒车时后方遇到车位边线，在距离车位线小于20cm时，车辆停止并换挡向前行驶，并根据所受转矩计算目标方向盘转角；车辆前进时前方遇到车位线，在距离小于20cm时车辆停止并换挡向后行驶，并根据所受转矩计算目标方向盘转角；
[0015]5)当车辆前后轴中点分别在对应的理想停车范围内时，完成泊车；前后轴理想停车范围为前后轴理想停车点附近10cm区域，两个理想停车点分别为车辆位于车位正中间时的前后轴中点位置。
[0016]进一步地，上述步骤2)中，所述假想吸引点的设置为：
[0017]1)针对侧方停车位，吸引点为侧方停车位中前后轴理想停车点，当吸引力作用线不被预设的引力边界遮挡时，车辆前后轴中点分别受到对应吸引点的引力作用；
[0018]2)针对垂直停车位，吸引点为车辆根据阿克曼转向几何得到的可以一次进入垂直库位时的前后轴中点对应位置，且后轴中点不被预设的引力边界遮挡时，车辆开始受到引力作用。
[0019]进一步地，上述步骤2)中，所述引力大小和虚拟转矩的计算方式为：
[0020]1)车辆后轴中点所受引力的大小F
Y1
＝k1d1，其中k1为后轴中点所受到的引力的系数，d1为后轴中点到对应吸引点的距离；在引力F
Y1
的作用下，对车身产生的转矩大小为M1＝F
Y1
l1，其中l1为引力F
Y1
所在直线到车辆质心的距离；
[0021]2)车辆前轴中点所受引力大小为F
Y2
＝k2d2，其中k2为前轴中点所受到引力的系数，d2为前轴中点到对应吸引点之间的距离；引力F
Y2
产生的转矩为M2＝
‑
F
Y2
l2，其中l2为引力F
Y2
所在直线到车辆质心的距离。
[0022]进一步地，上述步骤3)中，所述的障碍物与车辆相对位置关系、斥力和转矩的计算方式为：
[0023]1)第一类障碍物为出现在车辆正后方时，此时车辆受到斥力大小为其中k
Z1
是第一类斥力系数，d
Z1
是障碍物与车辆后轴中点之间的距离。当障碍物在车身后方左半区域时，对车身的转矩为M
Z1
＝F
Z1
l
Z1
；当障碍物在车身后方右半区域时，对车身的转矩为M
Z1
＝
‑
F
Z1
l
Z1
,其中l
Z1
为车辆质心到障碍物与车辆后轴中点连线的距离；
[0024]2)第二类障碍物为出现在车辆后轴后方的两侧区域内，斥力的大小为其中k
Z2
为第二类斥力系数；当障碍物在车身左侧区域时，对车身的转矩大小为M
Z2
＝F
Z2
l
Z1
；当障碍物在车身右侧区域时，对车身的转矩大小为M
Z2
＝
‑
F
Z2
l
Z1
；
[0025]3)第三类障碍物为出现在车辆前方区域内，此时车辆与障碍物之间斥力大小为
其中k
Z3
是第三类斥力系数，d
Z2
是障碍物与车辆前轴中点之间的距离；当障碍物在车身左半区域时，转矩为M
Z3
＝F
Z3
l
Z2
；当障碍物在车身右半区域时，转矩为M
Z3
＝
‑
F
Z3
l
Z2
，其中l
Z2
为车辆质心到障碍物与车辆后轴中点连线的距离；
[0026]4)第四类障碍物为出现在车辆后轴之前的区域内，斥力大小为其中k
Z4
为此时的斥力系数；当障碍物出现在车身左半侧区域时，转矩为M
Z4
＝
‑
F
Z4
l
Z2
；当障碍物出现在车身右半侧区域时，转矩为M
Z4
＝F
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)利用车载超声波雷达、视觉传感器、毫米波雷达获取目标车位信息和周围障碍物信息，当获取到可泊车位且识别车位类型后开始泊车，并实时检测车位和障碍物与车辆之间的相对位置关系；2)车辆前后轴分别受到假想吸引点的吸引作用，且距离越远引力越强，引力对车身产生虚拟转矩，有使车身绕质心发生转动的趋势，从作用于车身的虚拟转矩计算所需的目标方向盘转角α：其中M为车身所受转矩，M0为预设的转矩阈值，k
S
为预设的方向盘转角跟随系数；3)当检测到障碍物距离车辆小于1米时假想对车身产生斥力作用，且距离越近斥力越强；当障碍物距离车身小于20cm时，车辆停止并换挡向反方向行驶；根据假想的引力和斥力综合作用下的总虚拟转矩计算目标方向盘转角，控制车辆泊车方向；4)当车辆未能一次完成泊车，车辆倒车时后方遇到车位边线，在距离车位线小于20cm时，车辆停止并换挡向前行驶，并根据所受转矩计算目标方向盘转角；车辆前进时前方遇到车位线，在距离小于20cm时车辆停止并换挡向后行驶，并根据所受转矩计算目标方向盘转角；5)当车辆前后轴中点分别在对应的理想停车范围内时，完成泊车；前后轴理想停车范围为前后轴理想停车点附近10cm区域，两个理想停车点分别为车辆位于车位正中间时的前后轴中点位置。2.根据权利要求1所述的基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述假想吸引点的设置为：1)针对侧方停车位，吸引点为侧方停车位中前后轴理想停车点，当吸引力作用线不被预设的引力边界遮挡时，车辆前后轴中点分别受到对应吸引点的引力作用；2)针对垂直停车位，吸引点为车辆根据阿克曼转向几何得到的可以一次进入垂直库位时的前后轴中点对应位置，且后轴中点不被预设的引力边界遮挡时，车辆开始受到引力作用。3.根据权利要求1所述的基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述引力大小和虚拟转矩的计算方式为：1)车辆后轴中点所受引力的大小F
Y1
＝k1d1，其中k1为后轴中点所受到的引力的系数，d1为后轴中点到对应吸引点的距离；在引力F
Y1
的作用下，对车身产生的转矩大小为M1＝F
Y1
l1，其中l1为引力F
Y1
所在直线到车辆质心的距离；2)车辆前轴中点所受引力大小为F
Y2
＝k2d2，其中k2为前轴中点所受到引力的系数，d2为前轴中点到对应吸引点之间的距离；引力F
Y2
产生的转矩为M2＝
‑
F
Y2
l2，其中l2为引力F
Y2
所在直线到车辆质心的距离。4.根据权利要求1所述的基于分子间作用力的泊车路径动态规划方法，其特征在于所述步骤3)中，所述的障碍物与车辆相对位置关系、斥力和转矩的计算方式为：
1)第一类障碍物为出现在车辆正后方时，此时车辆受到斥力大小为其中k
Z1
是第一类斥力系数，d
Z1
是障碍物与车辆后轴中点之间的距离；当障碍物在车身后方左半区域时，对车身的转矩为M
Z1
＝F
Z1
l
Z1
；当障碍物在车身后方右半区域时，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：马世典，戴永根，江浩斌，侯桐，韩牟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：