一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法技术

一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，包括：一、构建包含三维地形信息与车辆航向角的车辆侧倾估计模型，设计侧倾代价函数；二、设计综合二维和三维路径的路径长度代价函数；三、设计模糊自适应权重优化器，优化车辆侧倾代价函数和路径长度代价函数的权重；四、计算加权后的车辆侧倾代价函数和加权后的路径长度代价函数之和，利用梯度下降法对其求负梯度，根据负梯度方向确定下一步的路径方向；五、判断所规划的路径是否到目的地，若未到达，则重复上述步骤。本发明专利技术所提出方法有效帮助智能驾驶汽车在三维地形中规划出一条综合侧翻风险和路径长短的合理路径，为智能驾驶汽车在复杂三维地形环境中提供安全、经济的路径规划解决方案。决方案。决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法


[0001]本专利技术涉及车辆路径规划领域，特别涉及一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着汽车产业的升级换代，智能车辆技术的发展和应用以及深入到人们的生产生活中，成为日益凸显的趋势。智能车辆技术的广泛应用被认为可以极大的改善人们的驾驶体验，有效降低交通事故的发生率，因此得到了世界各个主要国家的高度重视，纷纷将车辆智能化作为汽车产业发展的主要研究及投入方向。近年来，我国车辆智能技术发展迅速，已然走在世界前列。然而，车辆智能技术涉及范围广、应用场景复杂，目前仍有许多有待解决的技术难题。因此，突破车辆智能技术瓶颈，完善智能车辆技术体系对改善我国的交通现状，实现汽车产业弯道超车都具有深远的社会和经济利益。
[0003]路径规划作为智能车辆不可或缺的核心技术，一直受到研究人员的广泛关注；然而，随着研究的深入，智能车辆路径规划的应用场景从二维的结构化道路扩展三维的无路网道路，应用场景的变化给路径规划的实施带来了新的问题，也对路径规划提出了新的要求。所以在此情形下，迫切需要一种满足三维环境要求的路径规划方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，以解决现有三维路径规划技术中无法有效防止车辆侧翻的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]本专利技术提供了一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S10、构建包含三维地形信息与车辆航向角的车辆侧倾估计模型，并设计侧倾代价函数；
[0008]步骤S20、设计一种综合二维和三维路径的路径长度代价函数；
[0009]步骤S30、设计模糊自适应权重优化器，优化车辆侧倾代价函数和路径长度代价函数的权重；
[0010]步骤S40、计算加权后的车辆侧倾代价函数和加权后的路径长度代价函数之和，再利用梯度下降法对其求负梯度，根据负梯度方向确定下一步的路径方向；
[0011]步骤S50、判断所规划的路径是否到目的地，若未到达，则重复上述步骤直至到达目的地。
[0012]进一步地，所述步骤S10中包含三维地形信息与车辆航向角的车辆侧倾估计模型中三维地形信息可以表达为函数h(x,y)，其中(x,y)为三维地形中横坐标和纵坐标，h(x,y)为(x,y)坐标处的高程，h(x,y)对应的梯度可表达为：
[0013][0014][0015]式中，γ(x,y)表示h(x,y)的梯度与x轴之间的夹角，i表示x方向的单位向量，j表示y方向的单位向量，arctan2为arctan函数的扩展形式，其返回值的范围为(
‑
π,π]。由于车辆轮轴垂直于车辆航向角，h(x,y)沿车辆轮轴的方向导数可以表示为：
[0016][0017]式中，表示的2
‑
范数，表示车辆质心在(x,y)处的航向角，车辆左右两侧轮胎对应的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)，它们的计算表达式分别为：
[0018][0019][0020][0021][0022]式中，l
xy
是车辆在(x,y)处时，左右轮胎之间的距离l在x
‑
y平面的投影长度，其计算表达式为：
[0023][0024]当车辆航向角为车辆所在坐标为(x,y)时，三维地形引发的车辆侧倾角可表达为：
[0025][0026]以车辆侧倾角表达式为车辆侧倾估计模型，设计三维地形中车辆侧倾代价函数为：
[0027][0028]式中，ξ
d
(x,y)为距离衰减系数，它可以使车辆在不同位置时，其侧倾代价函数与路径长度代价函数相匹配，ξ
d
(x,y)计算表达式设计为：
[0029][0030]式中，c1是强度系数，d
s
是起始点到目的地的x
‑
y平面距离，d(x,y)是(x,y)点到目的地的x
‑
y平面距离，d
s
和d(x,y)的计算表达式为：
[0031][0032][0033]式中，(x
q
,y
q
)是起始点的平面坐标，(x
m
,y
m
)是起始点的平面坐标。
[0034]进一步地，所述步骤S20中综合二维和三维路径的路径长度代价函数设计为：
[0035]C
l
(x,y)＝c2C
2l
(x,y)+c3C
3l
(x,y)
[0036]式中，c2是C
2l
(x,y)的强度系数，c3是C
3l
(x,y)的强度系数，C
2l
(x,y)表示(x,y)到目的地的x
‑
y平面距离代价函数，其计算表达式为：
[0037][0038]C
3l
(x,y)用于抑制三维地形起伏，其计算表达式为：
[0039][0040]式中，h
d
(x,y)是与位置有关的高度参数。在起始点时，其值等于起始点的实际高程h(x
q
,y
q
)；在目的地时，其值等于目的地的实际高程h(x
m
,y
m
)。在地图任意位置时，其计算表达式设计为：
[0041][0042]进一步地，所述步骤S30中模糊自适应权重优化器的设计方法包括以下步骤：
[0043]步骤31：定义输入变量为ξ1和ξ2，输出变量为，输出变量为表示侧倾代价函数C
ρ
的模糊权重。ξ1的计算表达式为：
[0044][0045]式中，δ(x,y)为坐标(x,y)到目的地的方向角，其计算表达式为：
[0046][0047]ξ2的计算表达式为：
[0048][0049]步骤32：对ξ1和ξ2进行归一化处理，其范围设置为[
‑
5,5]。
[0050][0051][0052]式中，Max(ξ1)和Min(ξ1)代表ξ1的最大值和最小值；Max(ξ2)和Min(ξ2)代表ξ2的最大值和最小值。
[0053]步骤33：建立第一隶属度函数、第二隶属度函数和第三隶属度函数，第一隶属度函
数、第二隶属度函数和第三隶属度函数分别用于将和转变为对应的模糊变量；
[0054]步骤34：设计模糊推理规则，得到的推理规则表；
[0055]ξ1代表了车辆航向角与达到目的地所需的方向角之间的差值，ξ1越大，表示车辆偏航程度越严重，需要增大路径长度代价函数的权重来抑制车辆偏航，反之，车辆偏航不明显，则可以减小路径长度代价函数的权重。ξ2代表了车辆航向角与地形梯度方向之间的差值，ξ2越小，表示车辆越倾向于沿地形等高线运动，也就越有利于突显地形对侧倾角的放大作用，需要增大侧倾代价函数的权重来抑制侧倾角的增加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S10、根据三维地形信息与车辆航向角构建车辆侧倾估计模型，并设计侧倾代价函数；步骤S20、设计一种综合二维和三维路径的路径长度代价函数；步骤S30、设计模糊自适应权重优化器，优化车辆侧倾代价函数和路径长度代价函数的权重；步骤S40、计算加权后的车辆侧倾代价函数和加权后的路径长度代价函数之和，再利用梯度下降法对其求负梯度，根据负梯度方向确定下一步的路径方向；步骤S50、判断所规划的路径是否到目的地，若未到达，则重复上述步骤直至到达目的地。2.根据权利要求1所述的防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，其特征在于，所述步骤S10中，三维地形信息用函数h(x,y)来表达，其中(x,y)为三维地形中横坐标和纵坐标，h(x,y)为(x,y)坐标处的高程，当车辆航向角为车辆所在坐标为(x,y)时，三维地形引发的车辆侧倾角表达为：式中，(x1,y1)和(x2,y2)为车辆左右两侧轮胎对应的坐标，l
xy
是车辆在(x,y)处时，左右轮胎之间的距离l在x
‑
y平面的投影长度；以车辆侧倾角表达式为车辆侧倾估计模型，设计三维地形中车辆侧倾代价函数为：式中，ξ
d
(x,y)为距离衰减系数。3.根据权利要求2所述的防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，其特征在于，h(x,y)对应的梯度表达为：y)对应的梯度表达为：式中，γ(x,y)表示h(x,y)的梯度与x轴之间的夹角，i表示x方向的单位向量，j表示y方向的单位向量，arctan2为arctan函数的扩展形式，其返回值的范围为(
‑
π,π]；由于车辆轮轴垂直于车辆航向角，h(x,y)沿车辆轮轴的方向导数表示为：式中，表示的2
‑
范数，表示车辆质心在(x,y)处的航向角；车辆左右两侧轮胎对应的坐标为：
4.根据权利要求3所述的防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，其特征在于，左右轮胎之间的距离l在x
‑
y平面的投影长度l
xy
的计算表达式为：距离衰减系数ξ
d
(x,y)计算表达式设计为：式中，c1是强度系数，d
q
是起始点到目的地的x
‑
y平面距离，d(x,y)是(x,y)点到目的地的x
‑
y平面距离，d
q
和d(x,y)的计算表达式为：和d(x,y)的计算表达式为：式中，(x
q
,y
q
)是起始点的平面坐标，(x
m
,y
m
)是终点的平面坐标。5.根据权利要求4所述的防侧翻的智能驾驶汽车三维路径规划方法，其特征在于，所述步骤S20中，综合二维和三维路径的路径长度代价函数设计为：C
l
(x,y)＝c2C
2l
(x,y)+c3C
3l
(x,y)式中，c2是C
2l...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小芳，刘指先，李哲，王金磊，王耀南，孙增光，刘昕，
申请(专利权)人：湖南摩高智驾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：