本發(fā)明屬于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，尤其涉及一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。

背景技術(shù)：

隨著自動(dòng)控制技術(shù)在汽車所有執(zhí)行器上得到普遍應(yīng)用，進(jìn)而又有若干執(zhí)行器組合上得到普遍應(yīng)用，自動(dòng)駕駛技術(shù)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展過程，導(dǎo)致今天全自動(dòng)駕駛呼之欲出。

在全自動(dòng)駕駛技術(shù)中，由于全工況的復(fù)雜性及人工智能的不完善性，急需一個(gè)正在意義上的全自動(dòng)駕駛產(chǎn)品推動(dòng)自動(dòng)駕駛的前進(jìn)，因此，局部工況的停車場(chǎng)自主泊車應(yīng)運(yùn)而生。停車場(chǎng)自主泊車指的是，自主車輛停在停車場(chǎng)入口處，車輛自主進(jìn)入停車場(chǎng)，并在停車場(chǎng)內(nèi)尋庫(kù)且完成泊車。因此，自主車輛能自主出入停車場(chǎng)，是完成停車場(chǎng)自主泊車的前提。

鑒于上述情況，有必要在停車場(chǎng)自主泊車技術(shù)中，提出一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。在地下停車場(chǎng)自主泊車技術(shù)中，自主車輛能自動(dòng)出入地下停車場(chǎng)時(shí)前提，因此，只有通過地下停車場(chǎng)坡道完成自主出入地下停車場(chǎng)，地下停車場(chǎng)自主泊車才能進(jìn)入尋庫(kù)及泊車的流程。

本發(fā)明解決了在地下停車場(chǎng)彎曲坡道工況下跟蹤三維路徑的難題，為未來(lái)地下停車場(chǎng)自主泊車做鋪墊，也補(bǔ)充了在三維立體空間上的路徑跟蹤。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提出的一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法是在地下停車場(chǎng)三維彎曲坡道上，由已知規(guī)劃的行駛路徑，通過模型預(yù)測(cè)算法進(jìn)行彎曲坡道上路徑跟蹤，完成彎曲坡道的自動(dòng)駕駛，補(bǔ)充了路徑跟蹤技術(shù)在三維空間上的不足，該方法具體過程如下：

1)當(dāng)自主車輛開始進(jìn)入地下停車場(chǎng)坡道時(shí)，由車輛定位系統(tǒng)給出此時(shí)車輛起始點(diǎn)在彎曲坡道的相對(duì)位置。

2)由自主車輛在彎曲坡道入口處的位置信息，結(jié)合數(shù)字地圖，即可根據(jù)螺線的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行彎曲坡道內(nèi)的路徑規(guī)劃。

3)已知彎曲坡道內(nèi)的行駛路徑，根據(jù)模型預(yù)測(cè)控制進(jìn)行路徑跟蹤。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法，該方法相比于現(xiàn)有方法具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)目前還沒有針對(duì)地下停車場(chǎng)彎曲坡道這類特定工況的路徑跟蹤見報(bào)道，本發(fā)明具有特定性，解決了未來(lái)在地下停車場(chǎng)的區(qū)域自動(dòng)駕駛的彎曲坡道路徑跟蹤的問題，具有較好的前瞻性。

(2)本發(fā)明通用性強(qiáng)，不需要地下停車場(chǎng)另外安裝設(shè)備，成本較低。

(3)本發(fā)明結(jié)合數(shù)字地圖和螺線公式進(jìn)行路徑規(guī)劃，再由模型預(yù)測(cè)控制進(jìn)行路徑跟蹤，具有如下幾個(gè)好處：第一，相比于目前的二維平面的路徑規(guī)劃，本發(fā)明結(jié)合數(shù)字地圖和螺線公式能夠規(guī)劃出三維路徑，彌補(bǔ)了二維平面路徑規(guī)劃在三維彎曲坡道的空缺；第二，將模型預(yù)測(cè)應(yīng)用在路徑跟蹤領(lǐng)域中，彎曲坡道路徑跟蹤效果較好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中結(jié)合圓柱螺線進(jìn)行路徑規(guī)劃的示意圖。

圖2為模型預(yù)測(cè)控制的路徑跟蹤框圖。

圖3為自主車輛在地下停車場(chǎng)彎曲坡道車速控制框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及設(shè)計(jì)原理進(jìn)行闡述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明的一種地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法，由車輛定位系統(tǒng)得出自主車輛在地下停車場(chǎng)坡道的起始位置，路徑規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字地圖和圓柱螺線生成彎曲坡道的行駛路徑，再由模型預(yù)測(cè)控制對(duì)該路徑進(jìn)行跟蹤，補(bǔ)充三維空間的路徑規(guī)劃及跟蹤解決方案。

圖1為本發(fā)明所述的一實(shí)施方式中結(jié)合圓柱螺線進(jìn)行路徑規(guī)劃的示意圖，在所述的一實(shí)施方式中，數(shù)字地圖中的地下停車場(chǎng)彎曲坡道曲線可用圓柱螺線進(jìn)行表征。

該圓柱面為：x²+y²＝a²

由p點(diǎn)起始的圓柱螺線上一點(diǎn)m(x,y,z),|pq|＝2ab，q表示點(diǎn)q，a表示圓柱面底面圓的半徑、b表示表示影響螺距的一個(gè)變量參數(shù)。

且，

點(diǎn)o和點(diǎn)p看成是地下停車場(chǎng)彎曲坡道的某一入口處，由于彎曲坡道曲線類型可用圓柱螺線進(jìn)行表征，因此，從點(diǎn)o到點(diǎn)p之間的任意一點(diǎn)都必有一條圓柱螺線和該點(diǎn)對(duì)應(yīng)。因此，只要由車輛定位系統(tǒng)得知車輛在入口處的位置，即點(diǎn)o到點(diǎn)p之間的某一點(diǎn)坐標(biāo)，就可以通過圓柱螺線規(guī)劃出一條路徑。

圖2為模型預(yù)測(cè)控制的路徑跟蹤框圖，路徑跟蹤目的是協(xié)同控制方向盤角度和車速，使汽車軌跡和規(guī)劃的路徑一致。由得出的規(guī)劃路徑輸入到有限時(shí)域滾動(dòng)優(yōu)化中，滾動(dòng)優(yōu)化以車速為約束條件，求解最優(yōu)解，使車輛軌跡無(wú)限逼近規(guī)劃的路徑。同時(shí)，路徑跟蹤由模型預(yù)測(cè)控制器控制為主，雷達(dá)反饋?zhàn)鳛檩o助反饋進(jìn)行監(jiān)控車輛位置。

圖3為自主車輛在地下停車場(chǎng)彎曲坡道內(nèi)車速控制策略，將坡道類型、坡度和彎度作為輸入量，由模糊控制器進(jìn)行模糊控制輸出加速度到自主車輛，自主車輛的速度作為反饋量輸入到模糊控制器。

該方法具體過程如下：

1)當(dāng)自主車輛開始進(jìn)入地下停車場(chǎng)彎曲坡道時(shí)，由車輛定位系統(tǒng)輸出此刻自主車輛在彎曲坡道的位置信息，即自主車輛后軸中心位置在彎曲坡道起始點(diǎn)處的位置，將自主車輛后軸中心位置信息輸出到路徑規(guī)劃系統(tǒng)。

2)路徑規(guī)劃系統(tǒng)接收到來(lái)自車輛定位系統(tǒng)的自主車輛后軸中心位置信息，數(shù)字地圖中通過圓柱螺線、圓錐螺線等螺線公式表征的彎曲坡道。自主車輛后軸中心為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，將該原點(diǎn)處的螺線公式結(jié)合數(shù)字地圖提取出來(lái)，由以自主車輛后軸中心為原點(diǎn)的三維坐標(biāo)系和以該原點(diǎn)為起始點(diǎn)的螺線表達(dá)式組成自主車輛后軸中心的規(guī)劃路徑。

3)路徑跟蹤目的是協(xié)同控制方向盤角度和車速，使汽車軌跡和規(guī)劃的路徑一致。同時(shí)，又要解決坡道車速控制和前車車距控制。路徑跟蹤由模型預(yù)測(cè)控制，滾動(dòng)優(yōu)化以車速控制為約束條件，求解方向盤角度最優(yōu)解，優(yōu)化車速和方向盤在彎曲坡道的協(xié)同控制。車速控制由模糊控制器根據(jù)坡道類型、坡度和彎度進(jìn)行模糊控制。若前方有車輛，則將車速控制和車距控制進(jìn)行決策融合，將融合結(jié)果作為求解的約束條件，求方向盤角度最優(yōu)解。

4)若彎曲坡道前方同方向有車輛時(shí)，則需考慮車距保持控制，通過同方向兩車的位移差、速度差和設(shè)定的安全距離進(jìn)行車距控制。車距控制公式：

a＝k1(δx-sa)+k2*δv

其中，δx為位移差，sa為安全距離，δv為速度差，a表示車輛加速度，k1表示位移差和安全距離之差對(duì)于車輛加速度的影響因子，k2表示速度差對(duì)于車輛加速度的影響因子。

車距控制輸出的加速度和車速控制輸出的加速度需要進(jìn)行決策融合，再將融合結(jié)果得到的加速度值作為約束條件，求方向盤角度最優(yōu)解。

綜上所述，地下停車場(chǎng)彎曲坡道的路徑規(guī)劃有別于目前室內(nèi)的路徑規(guī)劃算法，首先，目前大多數(shù)路徑規(guī)劃生成的都是二維路徑，大多數(shù)路徑規(guī)劃的目的都是規(guī)劃最優(yōu)最短路線。因此，地下停車場(chǎng)彎曲坡道路徑規(guī)劃的研究很有必要。本發(fā)明補(bǔ)充解決了三維空間的路徑規(guī)劃及跟蹤問題，方案簡(jiǎn)單，成本較低。

所述實(shí)施例為針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所為的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。