基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，包括：S1、获取车辆即将转向时的起始点坐标和终止点坐标，获取转弯半径并计算理论前轮转角和理论方向盘转角；S2、基于Dubins曲线规划最短转弯路径，将最短转弯路径显示给驾驶员；S3、当驾驶员控制车辆按照最短转弯路径转向时，判断实际方向盘转角与理论方向盘转角是否存在偏差，如果存在偏差，发出指示提醒驾驶员调整方向，直到实际方向盘转角与理论方向盘转角保持一致。本发明专利技术方法避免了因为驾驶员的判断不够准确而多次制动、加速、倒车来调整车辆姿态，提高了车辆发动机的效率与转弯行驶的安全性。兼顾车辆转弯的灵活性与能源利用的经济性。源利用的经济性。源利用的经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法


[0001]本专利技术涉及辅助驾驶
，尤其是一种基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法。

技术介绍

[0002]车辆经济性驾驶技术是道路交通节能减排的重要方向。车辆经济性驾驶技术以驾驶人与车辆、道路、交通流的优化与协调为核心，通过重塑驾驶员习惯、辅助驾驶员操作以及车辆自动化控制等手段，满足出行需求的同时降低行驶过程的油耗。目前，经济性辅助驾驶仍拥有着巨大的发展空间，经济性辅助驾驶通过实时反馈、提示等手段辅助驾驶员全面掌握车辆的运行状态以及正确操作油门、制动和挡位，以降低行车过程油耗。可一定程度上削弱行车油耗与驾驶员个体习惯的关联性，克服驾驶员教育方法的缺陷。
[0003]车辆转弯作为一种比较复杂的驾驶操作，尤其对于新手而言，在转弯的过程中驾驶员会存在许多不当或者多余的操作从而增加了能耗，降低了能源利用率。现有技术中，车辆转向辅助性驾驶系统或策略，面对复杂工时无法做到兼顾车辆转弯的灵活性与能源利用的经济性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，目的是兼顾转弯过程的灵活性和经济性。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，包括：
[0007]S1、获取车辆的起始点坐标和终止点坐标，得出车辆的转弯半径并计算理论前轮转角和理论方向盘转角；
[0008]S2、基于Dubins曲线规划最短转弯路径，将所述最短转弯路径显示给驾驶员；
[0009]所述基于Dubins曲线规划最短转弯路径，包括：
[0010]获取起始圆和终止圆的圆心坐标，所述起始圆和终止圆各有两个，其中，两个起始圆以起始点为外切点、以起始时车头方向为切线方向，并以起始时转弯半径为半径，两个终止圆以终止点为外切点、以终止时车头方向为切线方向，并以终止时转弯半径为半径；
[0011]计算出各起始圆与各终止圆之间的所有切线的切点；
[0012]求出由起始点至终止点之间的相邻切点之间的圆弧或直线，按照圆弧
‑
直线
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圆弧的路线生成轨迹；
[0013]根据起始和终止时的方向，选择距离最短的轨迹即最短转弯路径；
[0014]S3、当驾驶员控制车辆按照最短转弯路径转向时，判断实际方向盘转角与所述理论方向盘转角是否存在偏差，如果存在偏差，发出指示提醒驾驶员调整方向，直到实际方向盘转角与理论方向盘转角保持一致。
[0015]进一步技术方案为：
[0016]所述转弯半径与理论前轮转角之间的关系通过下式计算：
[0017][0018]式中，R是车辆转弯半径，L是车辆轴距，δ是车辆前轮转角，k1、k2分别是前后轮的侧偏刚度，a、b分别是车辆质心到前、后轮轴心的距离，m是车辆质量，v是车辆质心行驶速度。
[0019]计算出各起始圆与各终止圆之间的所有切线的切点，包括：
[0020]计算起始圆与终止圆的外公切线及内公切线上的切点对，所述切点对由同一条切线上的两个切点构成，切点对的求解由以下参数确定：
[0021]起始圆与终止圆的圆心坐标、起始圆与终止圆圆心之间的距离、起始圆圆心到终止圆圆心的方位角、终止圆圆心到起始圆圆心的方位角以及两组外公切线夹角的一半或两组内公切线夹角的一半。
[0022]所述按照圆弧
‑
直线
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圆弧的路线生成轨迹，包括：
[0023]以起始点位置、车头方向、终点位置以及前进后退信息为输入，以轨迹长度、终点车头方向以及离散序列点为输出，利用离散序列点拟合生成轨迹。
[0024]步骤S3，还包括：
[0025]如果实际方向盘转角与理论方向盘转角不存在偏差，发出指示提醒驾驶员保持当前方向盘转角，并判断当前车辆前轮转角与所述理论前轮转角是否存在偏差，如果存在偏差，发出指示提醒驾驶员微调方向盘，直到当前车辆前轮转角与理论前轮转角相同。
[0026]本专利技术的有益效果如下：
[0027]本专利技术兼顾车辆转弯的灵活性与能源利用的经济性，辅助驾驶员控制车辆沿最优路径前进或倒车转弯，确保车辆能以平缓的速度一次性通过，避免了因为驾驶员的判断不够准确而多次制动、加速、倒车来调整车辆姿态，提高了车辆发动机的效率与转弯行驶的安全性。本专利技术具体具有如下优点：
[0028]本专利技术利用车载传感器及GPS导航系统选取汽车转向时的起始及终止位置坐标点，通过实时采集路况信息对规划路线进行调整，直接测出可以有效避障的转弯半径，并计算出需要的方向盘转角，可以同时避开静止与运动的障碍，无需评估障碍物的威胁程度，提高了安全性的同时，也提高了算法的简洁性。
[0029]本专利技术可以快速地规划出复杂工况下的最短转弯路径，解决了必须提前现场采集车辆轨迹路径信息才能进行路径规划的弊端，极大地提升了驾驶的灵活性，同时加入倒车和选择不同起始转弯半径的Dubins路径，使该方法在多种工况下都适用，例如道路口转向、不同角度的转弯、侧方停车及启动、倒车入库等。
[0030]本专利技术将仿真路径显示在车载显示器上，驾驶员可按照规划路径控制车辆转弯，同时会有车内提示灯辅助驾驶员将方向盘打到合适的角度。本专利技术在确保驾驶员操作方向盘角度与理论值一致的基础上，提醒驾驶员前轮角度与理论值保持一致，以消除车辆的转向系统误差，有效减小甚至消除因转向系统误差导致的轨迹偏离，确保车辆在转弯时能一次性平缓地通过，提高了转向辅助驾驶的精度。不同于一般的路径规划辅助驾驶系统，本专利技术充分考虑了车辆转弯辅助驾驶的经济性，考虑了车辆在转弯行驶过程中能尽量保持最优
车速，避免驾驶员因没有把握好车距或路径而频繁的加速、制动、怠速停车造成能源消耗的增加和发动机效率的下降。
[0031]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例的规划方法的流程示意图。
[0033]图2是本专利技术实施例的车辆二自由度模型图
[0034]图3是本专利技术实施例的车辆行驶路线情况的分类图。
[0035]图4是本专利技术实施例的考虑不同曲线轨迹下两圆位置情况的分类图。
[0036]图5是本专利技术实施例的两圆的外切线及内切线切点计算的几何解析图。
[0037]图6是本专利技术实施例的路径生成算法具体输出结果示意图。
具体实施方式
[0038]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0039]参见图1，本申请的一种基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，包括：
[0040]S1、获取车辆即将转向时的起始点坐标以及终止点坐标，得出车辆的转弯半径并计算理论前轮转角和理论方向盘转角；
[0041]S2、基于Dubins曲线规划最短转弯路径，将所述最短转弯路径显示给驾驶员；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，其特征在于，包括：S1、获取车辆的起始点坐标和终止点坐标，得出车辆的转弯半径并计算理论前轮转角和理论方向盘转角；S2、基于Dubins曲线规划最短转弯路径，将所述最短转弯路径显示给驾驶员；所述基于Dubins曲线规划最短转弯路径，包括：获取起始圆和终止圆的圆心坐标，所述起始圆和终止圆各有两个，其中，两个起始圆以起始点为外切点、以起始时车头方向为切线方向，并以起始时转弯半径为半径，两个终止圆以终止点为外切点、以终止时车头方向为切线方向，并以终止时转弯半径为半径；计算出各起始圆与各终止圆之间的所有切线的切点；求出由起始点至终止点之间的相邻切点之间的圆弧或直线，按照圆弧
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直线
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圆弧的路线生成轨迹；根据起始和终止时的方向，选择距离最短的轨迹即最短转弯路径；S3、当驾驶员控制车辆按照最短转弯路径转向时，判断实际方向盘转角与所述理论方向盘转角是否存在偏差，如果存在偏差，发出指示提醒驾驶员调整方向，直到实际方向盘转角与理论方向盘转角保持一致。2.根据权利要求1所述的基于Dubins曲线的车辆转向路径规划方法，其特征在于，所述转弯半径与理论前轮转角之间的关系通过下式计算：式中，R是车辆转弯半径，L是车辆轴距，δ是车辆前轮转角，k1、k2分别是前后轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷国栋，张滨峰，沈童，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：