一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法及装置，其包括：S1，获取车辆初始位置、目标泊车位置和泊车场景的栅格地图，以目标泊车位置作为搜索起点，车辆初始位置作为终点，用改进的混合A*算法进行全局路径规划，获取原始全局路径；改进的混合A*算法包括子节点拓展步骤，该子节点拓展步骤采用预先设置的与车辆运动模式相对应的子节点拓展方式；S2，以原始全局路径上的模式切换节点为端点，将原始全局路径进行分段，对各段路径进行路径优化和速度规划，获取优化全局轨迹。本发明专利技术能够充分发挥四轮独立转向车辆的灵活性。够充分发挥四轮独立转向车辆的灵活性。够充分发挥四轮独立转向车辆的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法及装置


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，特别是关于一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法及装置。

技术介绍

[0002]四轮独立转向车辆四个车轮均可独立控制，有前后轮异向、原地旋转、前后轮同向三种运动模式，是一种具备高灵活性与高通过性的车型。在面临一些狭窄的泊车环境时，相比前轮转向车辆，四轮独立转向车辆由于其多种运动模式，能更好的应对狭窄环境。近年来各国汽车厂商以及高校纷纷大力投入人力和财力开展对四轮独立驱动车辆的开发研究，随着自动驾驶技术的发展，四轮独立转向车辆因其优异的运动能力，必定会广泛用于自动驾驶领域。
[0003]现有的四轮独立转向车辆轨迹规划研究基本上是沿用前轮转向车辆的轨迹规划方法，其中主要包括基于图搜索、基于采样和基于优化的方法。而这些前轮转向车辆的轨迹规划方法都没有充分考虑到四轮独立转向车辆的原地旋转及前后轮同向运动模式，不能发挥四轮独立转向车辆运动的搞灵活性。与之相关的研究还包括全向移动机器人的路径规划等，但这些研究都只通过单一运动模式来规划车辆路径。综上所述，现有的研究方法对于四轮独立转向车辆并不适用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法及装置，其能够充分利用好四轮独立转向车辆的前后轮异向、原地旋转、前后轮同向三种运动模式，发挥其高灵活性特征。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其包括：
[0006]S1，获取车辆初始位置、目标泊车位置和泊车场景的栅格地图，以目标泊车位置作为搜索起点，车辆初始位置作为终点，用改进的混合A*算法进行全局路径规划，获取原始全局路径；其中，改进的混合A*算法包括子节点拓展步骤，该子节点拓展步骤采用预先设置的与车辆运动模式相对应的子节点拓展方式；
[0007]S2，以原始全局路径上的模式切换节点为端点，将原始全局路径进行分段，对各段路径进行路径优化和速度规划，获取优化全局轨迹。
[0008]进一步地，步骤S1中，与车辆运动模式中的前后轮异向运动模式相对应的子节点拓展方式生成(k1+2)个子节点，左转子节点位姿描述为下式(1)，右转子节点位姿描述为下式(2)，直行子节点位姿描述为下式(3)：
[0009][0010][0011][0012]式中，(x1，y1)为(k1+2)个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，R为转向半径，且i为1到k1/4的所有整数，α为父节点处的车辆航向角，Δα为车辆的偏航角，l1为步长，α1为(k1+2)个子节点之一处的车辆航向角。
[0013]进一步地，步骤S1中，与车辆运动模式中的原地旋转运动模式相对应的子节点拓展方式生成k2个下式(5)描述的子节点：
[0014][0015]式中，(x2，y2)为k2个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，α为父节点处的车辆航向角，i为1到k2的所有整数，α2为k2个子节点之一的航向角。
[0016]进一步地，步骤S1中，与车辆运动模式中的前后轮同向运动模式相对应的子节点拓展方式生成k3个下式(7)描述的子节点：
[0017][0018]式中，(x3，y3)为k3个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，α为父节点处的车辆航向角，l2为步长，α3为k3个子节点之一的航向角，前轮转角j为1到k3/4的所有整数。
[0019]进一步地，步骤S1中的“改进混合A*算法”过程中，记录生成每一节点的拓展方式信息，在计算子节点的代价值时，当父节点的拓展方式信息与子节点的拓展方式信息一致，子节点总代价值表示为f(n)＝g(n)+h(n)；当父节点的拓展方式信息与子节点的拓展方式信息不一致，则子节点总代价值表示为f(n)＝g(n)+h(n)+p(n)，其中，f(n)、g(n)、h(n)、p(n)分别表示节点n的总代价值、路径代价值、启发代价值、模式切换代价值。
[0020]进一步地，步骤S1中的“改进混合A*算法”中计算子节点的启发式代价值g(n)时，当子节点的拓展方式信息分别为前后轮异向、原地旋转和前后轮同向运动模式时，启发式代价值g(n)分别描述为下式提供的g1(n)、g2(n)和g3(n)：
[0021]g1(n)＝l1·
(ω
l1
+ω
b1
+ω
t1
·
Δα)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0022]g2(n)＝ω
r
·
|α2‑
α|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0023]g3(n)＝l2·
(ω
l2
+ω
b2
+ω
t2
·
β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0024]式中，ω
l1
、ω
b1
和ω
t1
分别为前后轮异向运动模式拓展方式对应的路径长度惩罚系数、倒车惩罚系数、转弯惩罚系数；ω
r
为原地旋转模式拓展方式对应的旋转角度惩罚系数；ω
l2
、ω
b2
和ω
t1
分别为前后轮同向运动模式拓展方式对应的路径长度惩罚系数、倒车惩罚系数、车轮转角惩罚系数。
[0025]进一步地，步骤S1中的“改进混合A*算法”中计算子节点的模式切换代价值p(n)时，若为前后轮异向与原地旋转两运动模式切换，p(n)描述为常数p1；若为前后轮异向与前后轮同向两运动模式切换，p(n)描述为常数p2；若为前后同向与原地旋转两运动模式切换，p(n)描述为常数p3。
[0026]进一步地，步骤S2中，原始全局路径分段形成前后轮异向运动路径段和前后轮同向运动路径段，使用基于梯度的数值优化方法对前后轮异向运动路径段进行路径优化。
[0027]本专利技术提供一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划装置，其包括：
[0028]环境感知模块，其用于生成车位信息、栅格地图和车辆初始位置信息；
[0029]车位管理模块，其用于接收环境感知模块输送的车位信息、栅格地图和车辆初始位置信息，选择一个最佳的车辆可泊入车位，再根据选择的可泊入车位生成目标泊车位置信息；
[0030]泊车轨迹规划模块，其用于接收环境感知模块输送的车辆初始位置信息和栅格地图以及车位管理模块输送的目标泊车位置信息后，使用如权利要求1
‑
8中任一项所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法生成的优化全局轨迹作为泊车轨迹；
[0031]车辆控制模块，其用于接收到泊车轨迹规划模块输送的泊车轨迹信息后，根据轨迹信息来完成泊车任务车辆控制模块拥有控制功能，用于控制车辆完成泊车。在接收到泊车轨迹规划模块输送的泊车轨迹信息后，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，包括：S1，获取车辆初始位置、目标泊车位置和泊车场景的栅格地图，以目标泊车位置作为搜索起点，车辆初始位置作为终点，用改进的混合A*算法进行全局路径规划，获取原始全局路径；其中，改进的混合A*算法包括子节点拓展步骤，该子节点拓展步骤采用预先设置的与车辆运动模式相对应的子节点拓展方式；S2，以原始全局路径上的模式切换节点为端点，将原始全局路径进行分段，对各段路径进行路径优化和速度规划，获取优化全局轨迹。2.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中，与车辆运动模式中的前后轮异向运动模式相对应的子节点拓展方式生成(k1+2)个子节点，左转子节点位姿描述为下式(1)，右转子节点位姿描述为下式(2)，直行子节点位姿描述为下式(3)：为下式(3)：为下式(3)：式中，(x1，y1)为(k1+2)个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，R为转向半径，且i为1到k1/4的所有整数，α为父节点处的车辆航向角，Δα为车辆的偏航角，l1为步长，α1为(k1+2)个子节点之一处的车辆航向角。3.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中，与车辆运动模式中的原地旋转运动模式相对应的子节点拓展方式生成k2个下式(5)描述的子节点：式中，(x2，y2)为k2个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，α为父节点处的车辆航向角，i为1到k2的所有整数，α2为k2个子节点之一的航向角。4.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中，与车辆运动模式中的前后轮同向运动模式相对应的子节点拓展方式生成k3个下式(7)描述的子节点：
式中，(x3，y3)为k3个子节点之一在大地坐标系中的坐标，(x，y)为父节点在大地坐标系中的坐标，α为父节点处的车辆航向角，l2为步长，α3为k3个子节点之一的航向角，前轮转角j为1到k3/4的所有整数。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中的“改进混合A*算法”过程中，记录生成每一节点的拓展方式信息，在计算子节点的代价值时，当父节点的拓展方式信息与子节点的拓展方式信息一致，子节点总代价值表示为f(n)＝g(n)+h(n)；当父节点的拓展方式信息与子节点的拓展方式信息不一致，则子节点总代价值表示为f(n)＝g(n)+h(n)+p(n)，其中，f(n)、g(n)、h(n)、p(n)分别表示节点n的总代价值、路径代价值、启发代价值、模式切换代价值。6.如权利要求5所述的四轮独立转向车辆的泊车轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中的“改进混合A*算法”中计算子节点的启发式代价值g(n)时，当子节点的拓展方式信息分别为前后轮异向、原地旋转和前后轮同向运动模式时，启发式代价值g(...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪懋，金英杰，杨泽宇，秦晓辉，胡满江，徐彪，边有钢，谢国涛，秦兆博，王晓伟，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：