CN107764264A - 用于机动车辆的自动辅助泊车系统的最优路径规划器 - Google Patents

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Abstract

一种自动停泊和开出机动车辆的方法，包括：相对于停泊区域确定机动车辆的位置；在所述停泊区域内选择目的地位置；生成从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，其中，所述路径包括多个连接的节点，每个节点具有一个与之相关的成本，其中，子节点的成本等于继承成本加上基准成本和变化成本，其中，所述变化成本由父节点的特征决定；以及沿着从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，自动驱动所述机动车辆。

Description

用于机动车辆的自动辅助泊车系统的最优路径规划器
技术领域
本发明大体涉及用于机动车辆的自动驾驶员辅助系统，更具体地涉及一种用于自动驾驶员辅助系统的最优路径规划器(planner)的方法，用于停泊和开出或取出机动车辆。
背景技术
本节中的内容仅提供与本发明相关的背景信息，且可能或者也可能不构成现有技术。
智能汽车技术(例如，基于栅格的自由测距导航技术)和停泊引导及信息系统有助于在驾驶员驾车时防止人为失误。此类技术已经用于改进道路导航，以及用于提高机动车辆内的机动车辆驾驶员的泊车能力。例如，已经研发出倒车影像系统和碰撞报警系统来协助机动车辆驾驶员在泊车时避免碰撞。此外，还研发出了自动泊车系统，用于在机动车辆驾驶员将机动车辆开至与一平行车位紧邻的预定位置后立即自动将机动车辆停至该车位。
尽管这些系统对各自的特定用途来说是有效的，但是它们要求机动车辆驾驶员必须确定车位的位置以及将车驶入该车位。因此，本技术领域中存在利用现有的基础设施实现自动泊车的改进的智能汽车技术的需求。而且，有必要在机动车辆内实现自动泊车系统，通过减少在路径规划中出现的某些行为方式来进行优化以模拟人类驾驶员。
发明内容
本发明提供了一种自动停泊和开出机动车辆的方法。所述方法包括：相对于停泊区域确定机动车辆的位置，在所述停泊区域内选择一目的地位置；生成从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，其中，所述路径包括多个连接节点，每个节点具有与之相关的成本，其中，子节点的成本等于继承成本加上基准成本和变化成本，其中，所述变化成本由父节点的特征决定；以及沿着从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，自动驱动所述机动车辆。
在一个方面，所述变化成本包括转向成本和方向成本。
在另一个方面，所述特征包括所述多个连接节点在该停泊区域中的位置和朝向。
在另一个方面，所述方法还包括：假如所述父节点的朝向和所述子节点的朝向的差大于一预定量，则提高所述子节点的转向成本。
在另一个方面，所述方法还包括：假如所述父节点要求在前进和倒退之间换挡且所述子节点也要求在前进和倒退之间换挡，则提高所述子节点的方向成本。
在另一个方面，假如所述子节点和所述父节点的朝向相同，则转向成本为零。
在另一个方面，所述方法还包括：所述转向成本由所述父节点的转向角和所述子节点的转向角之间的差决定。
在另一个方面，所述方法还包括：确定所述子节点的位置是否在一障碍区域内；以及仅在所述障碍区域外生成具有节点的路径，并且生成一安全系数。
在另一个方面，所述安全系数约为6英寸。
在另一个方面，所述安全系数由障碍区域类型决定。
在另一个方面，所述子节点的基准成本由从所述子节点到所述目的地位置的距离决定。
在另一个方面，所述子节点的基准成本也由从所述父节点到所述目的地位置的距离决定。
在另一个方面，所述基准成本为从所述子节点到所述目的地位置的距离和从所述父节点到所述目的地位置的距离之间的差。
在另一个方面，所述子节点的继承成本等于所述父节点的成本。
通过参考以下说明及所附附图，可以清楚地了解其它的方面、实例及优点，其中，相同的附图标记指的是同一组件、元件或特征。
附图说明
本文描述的附图仅用于图解目的，而非为了以任何方式限制本发明的范围。附图中的组件未必按比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原理上。而且，图中相同的附图标记标明所有视图中相应的组件。
图1为根据本发明原理的一种具有自动辅助泊车系统的示例性的机动车辆的示意图；
图2为示例性的停泊区域的示意图；
图3为描述根据本发明原理的一种自动停泊和开出机动车辆的方法的流程图；
图4为在所述自动停泊和开出机动车辆的方法中使用的节点树的实例。
具体实施方式
以下所述本质上仅是示例性的，并非为了限制本发明、应用或用途。
参考图1，附图标记10指示一种根据本发明原理的自动辅助泊车系统。自动辅助泊车系统10与示例性的机动车辆12和示例性的移动装置14一起使用。机动车辆12例如是客运车辆，然而，在不脱离本发明范围的前提下，机动车辆12也可以是卡车、SUV、面包车、房车或其它任何一种车辆。移动装置14优选为手机，然而，移动装置14也可以是移动电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手表或其他任何一种与机动车辆12无线通信的装置。自动辅助泊车系统10运行一种自动辅助泊车方法或应用程序，以下将对此进行更详细说明。
自动辅助泊车系统10可用于自动停泊和开出机动车辆12。在不脱离本发明范围的前提下，自动辅助泊车系统10可以有各种配置，但通常包括都与控制器20通信的传感器子系统16和通信子系统18。控制器20与车辆控制系统22通信。传感器子系统16包括沿着机动车辆12外部安装的多个传感器24A-D。在所举的本实例中，传感器24A-D分别位于机动车辆12的前后左右，形成360度重叠的覆盖范围。然而，应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，传感器子系统16可以有任何数量的传感器24。每个传感器24A-D可用于在机动车辆12周围的预定区域内采集或感应信息。来自传感器24A-D的信息传输给控制器20。在一个优选实施例中，传感器24A-D为光线探测及测距(LiDAR)传感器。然而，传感器24A-D也可以是摄像头、雷达、声呐传感器或其他任何种类的接近传感器。通信子系统18包括可用于接收和/或发送无线数据给移动装置14的收发器。无线数据传输给控制器20。此外，通信子系统18可与其它车辆进行通信(车辆间通信)，以及可以与停车场等基础设施进行通信(车辆和基础设施间通信)，还可以接收GPS数据。
控制器20为专用电子控制装置，其具有：可编程数字计算机或处理器；用于存储控制逻辑、指令、图像数据、查询表等数据的存储器或非暂时性计算机可读介质；以及多个输入/输出外围设备或接口。所述处理器用于执行控制逻辑或指令。控制器20可具有其它与处理器通信的处理器或集成电路，例如，用于分析传感器数据的感知逻辑电路。
可选地，控制器20可与人机界面(HMI)26进行通信。人机界面26设置在机动车辆12的驾驶室内，优选地，它是一块机动车辆12的驾驶员可访问的触摸屏。然而，在不脱离本发明范围的前提下，人机界面26还可以是任何触摸、语音或手势控制系统。人机界面26可用于激活和控制自动辅助泊车系统10。此外，移动装置14可用于激活和控制自动辅助泊车系统10。
车辆控制系统22包括任何用以执行自动辅助功能(包括停泊和开出机动车辆12)的系统。例如，车辆控制系统22可以包括刹车控制系统、油门控制系统、转向控制系统、车身控制系统等。车辆控制系统22还可以包括任何使车辆系统自动化、相适应或强化以提高车辆安全性和/或驾驶员驾驶性能的先进的驾驶员辅助系统(ADAS)功能。例如，车辆控制系统22可以包括通过执行安全措施(例如，自动控制机动车辆12)提醒驾驶员注意潜在问题或避免碰撞的ADAS技术。车辆控制系统22还可以包括自动照明、自适应巡航控制、自动刹车或采用摄像头技术的改进的盲区消除等增强某些系统的ADAS特性。最后，应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，车辆控制系统22可以为自动辅助泊车系统10的一部分。
参考图2，附图标记30表示示例性的停泊区域。停泊区域30包括多个车位32。应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，停泊区域30可以具有任何结构，其可以是停泊结构，还可以具有任何数量的车位32。停泊区域30包括与机动车辆12可通信的停泊区域基础设施34。
参考图3，同时参考图1和2，附图标记50表示一种自动将机动车辆12停入和开出停泊区域30的方法。通过实例的方式，方法50说明了将机动车辆12停入停泊区域30的过程。然而，应当认识到，方法50同样可以应用于将机动车辆12从停泊区域30开出或取出。方法50始于步骤52，其中，机动车辆12的驾驶员使用人机界面26或移动装置14来启动或激活自动辅助泊车系统10。例如，泊车时，驾驶员可以使用人机界面26，而开出时，驾驶员可以使用移动装置14。
在步骤54中，使机动车辆12位于停泊区域30内或位于相对于停泊区域30的位置。还可以通过将机动车辆12驶入一预定起始位置或车位或根据GPS坐标，使机动车辆12位于停泊区域30内。在步骤56中，机动车辆12与停泊区域基础设施通信来接收停泊区域30的地图。地图可以定义为具有x和y坐标的笛卡尔坐标系。在地图上使用坐标(x,y,Θ)定位机动车辆12，其中，Θ是机动车辆12的转向角或朝向。在步骤58中，在停泊区域30中设置目的地。在所举的本实例中，所述目的地为图2中附图标记59所标注的车位。可由机动车辆12的驾驶员来选择目的地，或者由停泊区域基础设施34基于空缺或可用的车位32来确定目的地。或者，在开出模式中，目的地的位置可以是移动装置14的位置。应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，步骤54至58可以按各种顺序或同时进行。
然后，在步骤60中，生成从机动车辆12的位置到目的地位置59的节点树路径规划器。从所述节点树路径规划器中选择一最低成本路径，如图2中附图标记61所示。最低成本路径61作为机动车辆12从起始位置驶向目的地位置59的路径。最后，在步骤62中，通过利用车辆控制系统22，自动辅助泊车系统10沿着最低成本路径61驾驶机动车辆。在自动驾驶期间，可以利用传感器子系统16来避开位于预定停泊区域地图外的行人、其他车辆等障碍物。
现在转向图4，现在对生成节点树路径规划器的方法进行更详细的说明。首先，节点树路径规划器生成起始于机动车辆12的起始位置Ls的第一节点(或父节点)集合(a1,a2,a3,a4,a5…an)。按照相对起始位置Ls的距离‘d’及预定转向角φ生成每个节点。然而，应当认识到，可以生成任何数量的节点，在一优选实施例中，生成9个前进节点和9个倒车节点。距离d可以为各种值，但是优选地为约2米。转向角φ也可以为各种值，但是优选地从直线向前的方向到完全右转的方向和完全左转的方向将节点平均划分。按照坐标(x,y,Θ)定义每个节点。接着，将任何被停泊区域地图阻挡的节点去除。
所述第一节点集合一经生成，节点树路径规划器就为每个节点分配一个成本。第一集合中的每个节点的成本等于基准成本加上转向成本。基准成本由从节点到目的地位置Ld的距离决定。这样，节点离目的地位置Ld越近，基准成本就越低。转向成本随着转向角Θ的增大而增加。换句话说，到达节点所需的转向角越大，成本就越高。假如所述节点为要求机动车辆进行换挡的倒车节点，则另外给所述节点加上一个倒车成本。
一旦为所述节点分配成本后，节点树路径规划器就选择一个最低成本节点，如所举的本实例中的节点a5，并且生成另一个起始于所选择的最低成本节点的节点(或子节点)集合b1,b2,b3,b4…bn。按照相对所选择的最低成本节点(a5)的距离d及转向角φ生成每个子节点。任何先前生成节点都不再生成。
接着，将任何新生成的节点与停泊区域地图或一系列障碍区域进行比较。不在停泊区域地图指定的障碍区域内生成任何节点。并且，不生成任何相对障碍区域一定距离内或者处于安全系数内的节点。例如，可采用6英寸为安全系数。这样，停泊或行驶中的机动车辆就不会离障碍区域太近。所述安全系数可以由障碍区域类型决定。例如，在障碍区域为一辆车的地方，可增加安全系数来说明车门的打开着的。在障碍区域为路缘的地方，可降低安全系数。在障碍区域只是没有真正障碍物的边界线的地方，可将安全系数降低到零。
接着，为每个子节点b1,b2,b3,b4…bn分配成本。子节点的成本等于继承成本加上基准成本和变化成本。继承成本为父节点(在所举的本实例中是a5)的成本。这样，子节点继承了任何与其连接的先前生成的节点的成本。基准成本由从子节点和父节点到目的地位置Ld的距离决定。变化成本由与子节点相比较的父节点的特征决定。例如，变化成本可以包括转向成本和方向成本。假如父节点的朝向和子节点的朝向之间的差大于一预定量，则增加子节点的转向成本，以避免弯曲路径或之字形运动。假如子节点和父节点的朝向相同，则转向成本为零，以有利于直线路径。假如父节点要求在前进和倒退之间换挡且子节点也要求在前进和倒退之间换挡，则采用方向成本以避免过多的换挡。下面提供了一个示例性的成本公式：
[1]Cchild＝Cparent+Dchild-Dparent+Cj
在公式[1]中，Cchild为子节点的成本，Cparent为父节点的成本，Dchild为从子节点到目的地位置Ld的距离，Dparent为从父节点到目的地位置Ld的距离，Cj为变化成本。变化成本Cj按如下定义：
[2]假如子节点的档位不同于父节点的档位，则Cj＝5.0
[3]假如子节点的档位与父节点的档位相同且子节点的朝向与父节点的朝向不同，则Cj＝1.5
[4]否则，Cj＝1.0
子节点与目标目的地Ld间的距离由以下公式确定：
[5]
在公式[5]中，xchild为子节点的x坐标，ychild为子节点的y坐标，xtarget为目的地位置Ld的x坐标，ytarget为目的地位置Ld的y坐标。父节点和目标目的地Ld间的距离Dparent以实质上相同的方式得到。
在一个实施例中，基准成本还包括世代成本，其由节点相对于起始位置节点所处的世代决定。然后，树节点路径规划器从所有到目前为止生成的节点中选择一个最低成本节点，并重复执行该方法，直到新生成的节点位于目的地位置Ld。
一旦节点位于位置Ld，树节点路径规划器就沿着该路径回溯到起始位置Ls，并设定路径61。这样，路径61为具有最优行驶特征(例如，转向次数较少、换挡次数较少、与其它目标的接近程度较低等)的最低成本路径。可以沿着路径以节点到节点的方式或者沿着路径根据平均曲线或加权曲线驾驶机动车辆12。
本发明的说明书实质上仅为示例性的，未脱离本发明要旨的变更都包括在本发明的范围内。这些变更不应视为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种自动停泊和开出机动车辆的方法，所述方法包括：
相对于停泊区域确定机动车辆的位置；
在所述停泊区域内选择目的地位置；
生成从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，其中，所述路径包括多个连接的节点，每个节点具有与之相关的成本，其中，子节点的成本等于继承成本加上基准成本和变化成本，其中，所述变化成本由父节点的特征决定；
沿着从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，自动驱动所述机动车辆。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述变化成本包括转向成本和方向成本。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述特征包括朝向和所述多个连接节点在该停泊区域中的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：假如所述父节点的朝向和所述子节点的朝向的差大于一预定量，则提高所述子节点的转向成本。
5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：假如所述父节点要求在前进和倒退之间换挡且所述子节点也要求在前进和倒退之间换挡，则提高所述子节点的方向成本。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，假如所述子节点和所述父节点的朝向相同，则转向成本为零。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述转向成本由所述父节点的转向角和所述子节点的转向角之间的差决定。
8.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：确定所述子节点的位置是否在一障碍区域内；以及仅在所述障碍区域外生成具有节点的路径，并且生成一安全系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述安全系数约为6英寸。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述安全系数由障碍区域类型决定。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子节点的基准成本由从所述子节点到所述目的地位置的距离决定。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述子节点的基准成本也由从所述父节点到所述目的地位置的距离决定。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基准成本为从所述子节点到所述目的地位置的距离和从所述父节点到所述目的地位置的距离之间的差。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子节点的继承成本等于所述父节点的成本。
15.一种自动停泊和开出机动车辆的方法，所述方法包括：
相对于停泊区域确定机动车辆的位置；
在所述停泊区域内设定目的地位置；
生成一路径，包括以下步骤：
(a)生成起始于所述机动车辆的位置的第一节点集合；
(b)为所述第一节点集合中的每个节点分配一成本；
(c)从所述第一节点集合中选择一最低成本节点；
(d)生成另一起始于所选节点的节点集合；
(e)为每个新生成的节点分配一成本，其中，所述成本等于继承成本加上基准成本和变化成本，其中，所述变化成本由先前生成的节点决定；
(f)从所有节点中选择一最低成本节点；
(g)重复执行步骤(d)至(f)，直到最低成本节点位于所述目的地位置；和
(h)设定从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，该路径包括最后选择的最低成本节点和与所述最后选择的最低成本节点连接的父节点；以及
沿着从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，自动驱动所述机动车辆。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述变化成本包括转向成本和方向成本，并且生成路径的步骤进一步包括：假如所选择的最低成本节点的朝向和所述新生成的节点的朝向的差大于一预定量，则提高所述转向成本。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：假如所选择的最低成本节点要求在前进和倒退之间换挡且所述新生成的节点也要求在前进和倒退之间换挡，则提高所述新生成的节点的方向成本。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，假如所述新生成的节点和所选择的最低成本节点的朝向相同，则转向成本为零。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，生成路径的步骤进一步包括：确定所述子节点的位置是否在一障碍区域内；以及仅在所述障碍区域外生成具有节点的路径，并且生成一安全系数。
20.一种自动停泊和开出机动车辆的方法，所述方法包括：
相对于停泊区域确定机动车辆的位置；
在所述停泊区域内设定目的地位置；
生成一路径，包括以下步骤：
(a)生成起始于所述机动车辆的位置的第一节点集合；
(b)为所述第一节点集合中的每个节点分配一成本；
(c)从所述第一节点集合中选择一最低成本节点；
(d)生成另一起始于所选节点的节点集合；
(e)为每个新生成的节点分配一成本，其中，所述成本等于继承成本加上基准成本和变化成本，其中，所述变化成本包括转向成本和方向成本；假如所述新生成的节点和所选择的最低成本节点的朝向相同，则转向成本为零；假如所选择的最低成本节点的朝向和所述新生成的节点的朝向的差大于一预定量，则提高所述转向成本；假如所选择的最低成本节点要求在前进和倒退之间换挡且所述新生成的节点也要求在前进和倒退之间换挡，则提高所述方向成本；
(f)从所有节点中选择一最低成本节点；
(g)重复执行步骤(d)至(f)，直到最低成本节点位于所述目的地位置；和
(h)设定从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，该路径包括最后选择的最低成本节点和与所述最后选择的最低成本节点连接的父节点；以及
沿着从所述机动车辆的位置到所述目的地位置的路径，自动驱动所述机动车辆。
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