一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，通过环境信息感知模块判断是否产生新的换道任务；如果产生新的换道任务，则采用基于B样条曲线的方法来规划连续曲率路径；当基于B样条的算法没有解决方案但路径存在时，添加基于快速扩展随机树的算法作为补充算法以尽可能地找到路径；如果路径规划失败或者不存在换道任务，则输出监控轨迹；否则输出换道轨迹。本发明专利技术可以同时进行换道轨迹规划和监控轨迹规划，保证车辆换道的安全性和稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法


[0001]本专利技术涉及的无人车辆
，具体涉及基于监控策略的无人车辆换道路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，路径规划技术所面临的环境将更为复杂多变。这就要求路径规划算法要具有迅速响应复杂环境变化的能力。
[0003]运动规划作为一种具有多个非线性约束的高维优化问题，需要消耗大量的计算资源，并且由于场景的复杂性和实时性，不是总能快捷简单的得到最优轨迹，这对规划算法的鲁棒性和实用性有着较高的要求。
[0004]国家专利201710953896.9提出的一种仿优秀驾驶员的无人车换道路径规划方法，规划无人驾驶车辆行驶路径，但是在未能规划轨迹或者规划超时，影响车辆在换道过程中的稳定性和可行性。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，换道轨迹规划是在三次B样条的方法基础上，引入了基于快速扩展随机树算法作为补充算法；同时还引入了监控轨迹的规划思想，通过减速规划以保持车辆实时运动的稳定性。在车辆行驶时，同时进行换道轨迹规划和监控轨迹规划，保证车辆换道的安全性和稳定性。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：利用环境感知模块得到环境信息和车辆自身状态信息，并根据环境信息和车辆自身状态信息判断是否产生新的换道任务；
[0009]步骤2：对于产生新的换道任务，则采用基于B样条曲线的方法来规划连续曲率路径；并对基于B样条曲线得到的换道轨迹进行安全性判断；若符合安全性要求，则输出换道轨迹；
[0010]步骤3：当基于B样条曲线得到的换道轨迹不符合安全性要求，且路径存在时，添加基于快速扩展随机树的算法作为补充算法以获得换道轨迹；并对基于快速扩展随机树的算法获得的换道轨迹进行安全性判断；若符合安全性要求，则输出换道轨迹；
[0011]步骤4：如果步骤2和步骤3中的换道轨迹规划失败或者不存在换道任务，则输出监控轨迹。
[0012]进一步，步骤2中采用基于B样条曲线的方法来规划连续曲率路径的方法为：
[0013]步骤2.1换道路径规划可以被定义为换道过程中的两点边值问题：
[0014]minf(x)
[0015]s.t.g
i
(x)＝1,i＝1,...,n
[0016]h
j
(x)≤0,j＝1,...,n
[0017]其中，f(x)是目标函数，g
i
(x)代表起始点和目标点的约束，h
j
(x)代表安全距离约束，n为起始点和目标点之间的节点数；
[0018]步骤2.2为了满足车辆转向执行器的限制，生成的路径应该满足连续曲率、峰值曲率和最大曲率的约束。
[0019]进一步，B样条曲线的路径规划两点边值问题可以归结为：
[0020][0021][0022][0023]α
min
≤α
i
≤α
max
,i＝1,2
[0024][0025]Δ
log
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,l
fba
,v
ego
)≤0
[0026]Δ
lat
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,L1,w,α1,l
fba
,v
ego
)≤0
[0027]Δ
lat
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,L1,L2,w,α1,α3,l
fba
,v
ego
)≤0
[0028]其中，L
j
为控制段j的长度，j＝0、1、2；α
i
是控制点P
i
处的夹角，i＝1、2；α
min
、α
max
是夹角α
i
取值的最小值与最大值，k
max
为峰值曲率，代表起始点，x0,y0,v0分别是初始点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，车速；代表目标点，x
g
,y
g
,v
g
分别是起始点目标点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，车速；x
g
,y
g
,v
g
分别是目标点目标点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，Δ
log
是纵向安全距离，Δ
lat
是横向安全距离，l
obs
是目标车辆到障碍车辆的距离，v
ego
是自车速度，w是自车宽度，l
fba
是自车从后轴到头部的长度，v
obs
是障碍车辆的车速。
[0029]进一步，步骤3中引入了最近邻域搜索方法减少采样的盲目性，根据欧几里德距离，节点n1是新采样节点n
new
的最近节点；然而，从节点n2到节点n1的转向角更大，导致路径s1和n1连接更为尖锐；为了使路径更利于车辆跟踪，由定义的传统度量函数被修改为式：
[0030][0031][0032]其中，X1,X2分别为1,2节点，d
Eu
表示度量函数，x1,x2分别为1,2节点的横坐标，y1,y2分别是1,2节点的纵坐标，θ为n1,n2连接n
new
的夹角。
[0033]进一步，步骤4中输出监控轨迹的方法为：
[0034]路径规划系统在规划监控轨迹时，如果监控轨迹的减速度为a
x
，则对于直线行驶：
[0035][0036]其中a
min
是车辆最小加速度，v0是初始速度，v
g
是目标速度，L
0g
是减速长度。
[0037]如果转弯半径为R，则对于直线行驶：
[0038][0039]其中，μ为路面粗糙度；
[0040]在路径生成后，应根据边界约束，执行器约束和稳定性约束计算速度曲线，如下所示：
[0041][0042]其中，边界约束即起始速度和目标速度，执行器约束即最大速度和最大加速度，稳定性约束即最大侧向加速度，v
min
、v
max
是速度的最小值和最大值；a
min
、a
max
是加速度的最小值和最大值；a
y
(t)是侧向加速度，a
ymax
是最大侧向加速度。
[0043]进一步，通过控制段与障碍物之间的距离来表示生成路径的安全性检测，将安全性检测表示为：
[0044](1)第一个控制段的纵向安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用环境感知模块得到环境信息和车辆自身状态信息，并根据环境信息和车辆自身状态信息判断是否产生新的换道任务；步骤2：对于产生新的换道任务，则采用基于B样条曲线的方法来规划连续曲率路径；并对基于B样条曲线得到的换道轨迹进行安全性判断；若符合安全性要求，则输出换道轨迹；步骤3：当基于B样条曲线得到的换道轨迹不符合安全性要求，且路径存在时，添加基于快速扩展随机树的算法作为补充算法以获得换道轨迹；并对基于快速扩展随机树的算法获得的换道轨迹进行安全性判断；若符合安全性要求，则输出换道轨迹；步骤4：如果步骤2和步骤3中的换道轨迹规划失败或者不存在换道任务，则输出监控轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，其特征在于，步骤2中采用基于B样条曲线的方法来规划连续曲率路径的方法为：步骤2.1换道路径规划可以被定义为换道过程中的两点边值问题：min f(x)s.t.g
i
(x)＝1,i＝1,...,nh
j
(x)≤0,j＝1,...,n其中，f(x)是目标函数，g
i
(x)代表起始点和目标点的约束，h
j
(x)代表安全距离约束，n为起始点和目标点之间的节点数；步骤2.2为了满足车辆转向执行器的限制，生成的路径应该满足连续曲率、峰值曲率和最大曲率的约束。3.根据权利要求2所述的一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，其特征在于，B样条曲线的路径规划两点边值问题可以归结为：B样条曲线的路径规划两点边值问题可以归结为：B样条曲线的路径规划两点边值问题可以归结为：α
min
≤α
i
≤α
max
,i＝1,2Δ
log
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,l
fba
,v
ego
)≤0Δ
lat
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,L1,w,α1,l
fba
,v
ego
)≤0Δ
lat
‑
h(l
obs
,v
obs
,L0,L1,L2,w,α1,α2,l
fba
,v
ego
)≤0其中，L
j
为控制段j的长度，j＝0、1、2；α
i
是控制点P
i
处的夹角，i＝1、2；α
min
、α
max
是夹角α
i
取值的最小值与最大值，k
max
为峰值曲率，代表起始点，x0,y0,v0分别是初始点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，车速；代表目标点，x
g
,y
g
,v
g
分别是起始点目标点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，车速；x
g
,y
g
,v
g
分别是目标点目标点对应的横坐标，纵坐标，横摆角，Δ
log
是纵向安全距离，Δ
lat
是横向安全距离，l
obs
是目标车
辆到障碍车辆的距离，v
ego
是自车速度，w是自车宽度，l
fba
是自车从后轴到头部的长度，v
obs
是障碍车辆的车速。4.根据权利要求1所述的一种基于监控策略的无人车换道路径规划方法，其特征在于，步骤3中引入了最近邻域搜索方法减少采样的盲目性，根据欧几里德距离，节点n1是新采样节点n
new
的最近节点；然而，从节点n2到节点n1的转向角更大，导致路径s1和n1连接更为尖锐；为了使路径更利于车辆跟踪，由定义的传统度量函数被修改...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿国庆，丁鹏程，张佳，李中，杨梁，向华荣，徐亦航，江乐生，苏春，赵文，刘威，江浩斌，施桂强，章国栋，徐惠民，李春，
申请(专利权)人：江苏骄阳转向技术有限公司，
类型：发明
国别省市：