CN109959383A - 一种自动泊车路径规划方法 - Google Patents
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Abstract
一种自动泊车路径规划方法,属于泊车领域,为了解决摆正车身所增加的控制点和原有控制点相比,斜率变化过大,导致曲线曲率变化过大,从而车辆无法跟上的问题,技术要点是:在规划的样条曲线的起始点和/或终止点补齐一段由车辆最小转弯半径确定的圆弧,使得与样条曲线相接点处,其一阶导数连续;在圆弧段的末端其一阶导数为0;输出轨迹点坐标以完成规划。效果是:本发明保证了整条曲线的起止点位姿,也保证在摆正车身过程中,满足车辆的运动学约束。
Description
技术领域
本发明属于泊车领域,涉及一种自动泊车路径规划方法。
背景技术
现有技术是在规划B样条路径的时候,在最后一个控制点的结尾处,同一水平线上再增加4个控制节点,以保持终止点姿态与泊车位底边平行。该方法存在以下缺点:
1、在额外增加控制点后,无法保证整条样条曲线的曲率都满足车辆的最小半径约束。
2、初始位置处无法保证车身的姿态。
在自动泊车控制系统中,路径规划作为其中的关键核心技术,一直是众多研究人员关注的重点和热点。良好的路径规划不仅可以保证车辆的避障功能,而且可以减轻控制执行系统的压力。
针对平行泊车位,双圆弧拼接的方法是最为基础的方法。该方法通过车辆与泊车位的相对关系,计算出泊车位的起始位置,然后通过两段最小转弯半径所构成的圆弧,将车辆摆进停车位。放宽要求后,两段圆弧的半径可以扩展到满足车辆运动学、避障要求,相切约束的任意半径。但是基于圆弧拼接的泊车路径规划方法,有一个无法克服的困难,就是曲率不连续。这就要求车辆在某些特定位置,在极端的时间内,将方向盘转过一个较大的角度,从而对车辆造成损害,且对乘车人的舒适性造重大影响。
在此基础上,研发人员开发了基于样条曲线的泊车路径规划算法。该算法最大的优点就在于保证了车辆在行驶过程中曲率的连续性。本专利正是在此基础之上发明的来的。
现有技术请参见宋金泽博士论文《自主泊车系统关键技术研究》,第三章融合微分平坦、样条理论的轨迹生成方法,《国防科学技术大学》,2009。
根据以上原理,在进行研究分析及仿真时,发现,在曲线的后半段部分,车辆并不能根据规划好的点进行跟踪。原因在于其为了摆正车身所增加的控制点和原有控制点相比,斜率变化过大,导致曲线曲率变化过大,从而车辆无法跟上。
发明内容
为了解决摆正车身所增加的控制点和原有控制点相比,斜率变化过大,导致曲线曲率变化过大,从而车辆无法跟上的问题,本发明提供的技术方案是:自动泊车路径规划方法,在可行范围内选择最优的路径作为样条曲线的逼近路线;在逼近路线上选取若干点作为样条曲线控制点,并规划样条曲线;在规划的样条曲线的起始点和/或终止点补齐一段由车辆最小转弯半径确定的圆弧,使得与样条曲线相接点处,其一阶导数连续;在圆弧段的末端其一阶导数为0;输出轨迹点坐标以完成规划。
有益效果:本发明在规划好样条曲线后,在该曲线的起止点位置补齐一段由最小转弯半径构成的圆弧。其主要的优点为:1.保证了起止点的车身姿态。2.满足车辆的运动学约束。3.在样条曲线弧长一定的情况下,其所增加的满足要求的圆弧弧长最小。
用于平行泊车位的自动泊车,实现平滑有效、规范停车,本技术方案是在规划好样条曲线后,在原有曲线的起止位置点,补上一段以最小半径约束的圆弧路径,圆弧段与样条曲线相接处保持一阶导数连续,而末端姿态保持斜率为0。这样保证了整条曲线的起止点位姿,也保证在摆正车身过程中,满足车辆的运动学约束。
原有技术没有考虑车辆起点位置的姿态约束,也并没有考虑到终止点摆正过程中的车辆运动学约束.本发明保证了整条曲线的起止点位姿,也保证在摆正车身过程中,满足车辆的运动学约束。
附图说明
图1为实施例1中的自动泊车路径规划方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1:在自动泊车控制系统中,路径规划作为其中的关键核心技术,一直是众多研究人员关注的重点和热点。良好的路径规划不仅可以保证车辆的避障功能,而且可以减轻控制执行系统的压力。
针对平行泊车位,双圆弧拼接的方法是最为基础的方法。该方法通过车辆与泊车位的相对关系,计算出泊车位的起始位置,然后通过两段最小转弯半径所构成的圆弧,将车辆摆进停车位。放宽要求后,两段圆弧的半径可以扩展到满足车辆运动学、避障要求,相切约束的任意半径。但是基于圆弧拼接的泊车路径规划方法,有一个无法克服的困难,就是曲率不连续。这就要求车辆在某些特定位置,在极端的时间内,将方向盘转过一个较大的角度,从而对车辆造成损害,且对乘车人的舒适性造重大影响。
在此基础上,研发人员开发了基于样条曲线的泊车路径规划算法。该算法最大的优点就在于保证了车辆在行驶过程中曲率的连续性。本专利正是在此基础之上发明的来的。
现有技术请参见宋金泽博士的论文《自主泊车系统关键技术研究》,第三章融合微分平坦、样条理论的轨迹生成方法,《国防科学技术大学》,2009。根据以上原理,在进行研究分析及仿真时,发明人发现,在曲线的后半段部分,车辆并不能根据规划好的点进行跟踪。原因在于其为了摆正车身所增加的控制点和原有控制点相比,斜率变化过大,导致曲线曲率变化过大,从而车辆无法跟上。基于此,本实施例记载了一种自动泊车路径规划方法,在可行范围内选择最优的路径作为样条曲线的逼近路线;在逼近路线上选取若干点作为样条曲线控制点,并规划样条曲线;其特征在于,在规划的样条曲线的起始点和/或终止点补齐一段由车辆最小转弯半径确定的圆弧,使得与样条曲线相接点处,其一阶导数连续;在圆弧段的末端其一阶导数为0,即车辆姿态与泊车位的底边平行;输出轨迹点坐标以完成规划。
作为一种实施例:所述可行性范围是泊车起始点到终点之间的可行性范围,该范围确定前,具有计算泊车起始点范围的步骤。
而该实施例中,计算泊车起始点范围的步骤之前,又具有参数输入步骤,所述参数包括:车身尺寸参数、泊车位尺寸参数、车辆与泊车位位置关系参数。
作为另一种实施例:在规划的样条曲线的终止点补齐的圆弧为第二圆弧段,在样条曲线的终止点处,车辆位置(即局部坐标系下的x、y坐标)与姿态分别以Xf_B,Yf_B,Thetaf_B表示,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,那么,在样条曲线的终点处,第二圆弧段的起始点和终止点位置和姿态分别用以下公式表示:
根据获得的起始点和终止点的位置,采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
其中:
Xi_ARC2:第二段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC2:第二段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC2:第二段圆弧起始点的姿态角。
Xf_ARC2:第二段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC2:第二段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC2:第二段圆弧终止点的姿态角。
Xf_B:样条曲线终点的X坐标;
Yf_B:样条曲线终点的y坐标;
Thetaf_B:样条曲线终点点的姿态角。
Δtheta:采样的角度间隔。
X_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC2(i):第二段圆弧中插入的第i点姿态角。
作为另一种实施例:在规划的样条曲线的起始点补齐的圆弧为第一圆弧段,样条曲线的起始点处,车辆位置与姿态分别以Xi_B,Yi_B,Thetai_B,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,第一圆弧段的起始点和终止点的坐标和位姿由以下公式获得:
根据获得的起始点和终止点位置,可以采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
Xi_ARC1:第一段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC1:第一段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC1:第一段圆弧起始点的姿态角。
Xf_ARC1:第一段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC1:第一段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC1:第一段圆弧终止点的姿态角。
Xi_B:样条曲线起点的X坐标;
Yi_B:样条曲线起点的y坐标;
Thetai_B:样条曲线起点的姿态角。
Δtheta:采样的角度间隔。
X_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC1(i):第一段圆弧中插入的第i点姿态角。
本实施例的关键点在于,规划好样条曲线后,在该曲线的起止点位置补齐一段圆弧,使得圆弧的其起始点位置或者终止点位置斜率为0。
该圆弧的半径为车辆的最小转弯半径。
实施例2:一种在自动泊车路径规划中保证车辆起点位置姿态约束的方法,其特征在于,在样条曲线的起始点位置补齐一段由车辆最小半径确定的圆弧,该圆弧与样条曲线的相接点处,其一阶导数连续,该圆弧起始点位置其一阶导数为0。
在规划的样条曲线的起始点补齐的圆弧为第一圆弧段,样条曲线的起始点处,车辆位置与姿态分别以Xi_B,Yi_B,Thetai_B,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,第一圆弧段的起始点和终止点的坐标和位姿由以下公式获得:
根据获得的起始点和终止点位置,可以采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
其中:
Xi_ARC1:第一段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC1:第一段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC1:第一段圆弧起始点的姿态角。
Xf_ARC1:第一段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC1:第一段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC1:第一段圆弧终止点的姿态角。
Xi_B:样条曲线起点的X坐标;
Yi_B:样条曲线起点的y坐标;
Thetai_B:样条曲线起点的姿态角。
Δtheta:采样的角度间隔。
X_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC1(i):第一段圆弧中插入的第i点姿态角.
实施例3:一种在自动泊车路径规划中摆正车身时保证车辆运动学约束的方法,其特征在于,在样条曲线的终止点位置补齐一段由车辆最小半径确定的圆弧,该圆弧与样条曲线的相接点处,其一阶导数连续,该圆弧终止点位置其一阶导数为0。在规划的样条曲线的终止点补齐的圆弧为第二圆弧段,在样条曲线的终止点处,车辆位置(即局部坐标系下的x、y坐标)与姿态分别以Xf_B,Yf_B,Thetaf_B表示,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,那么,在样条曲线的终点处,第二圆弧段的起始点(与样条曲线相接的点)和终止点位置和姿态分别用以下公式表示:
根据获得的起始点和终止点的位置,采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
其中:
Xi_ARC2:第二段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC2:第二段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC2:第二段圆弧起始点的姿态角。
Xf_ARC2:第二段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC2:第二段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC2:第二段圆弧终止点的姿态角。
Xf_B:样条曲线终点的X坐标;
Yf_B:样条曲线终点的y坐标;
Thetaf_B:样条曲线终点点的姿态角。
Δtheta:采样的角度间隔。
X_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC2(i):第二段圆弧中插入的第i点姿态角。
以上所述,仅为本发明创造较佳的具体实施方式,但本发明创造的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内,根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种自动泊车路径规划方法,其特征在于,在可行范围内选择最优的路径作为样条曲线的逼近路线;在逼近路线上选取若干点作为样条曲线控制点,并规划样条曲线;其特征在于,在规划的样条曲线的起始点和/或终止点补齐一段由车辆最小转弯半径确定的圆弧,使得与样条曲线相接点处,其一阶导数连续;在圆弧段的末端其一阶导数为0;输出轨迹点坐标以完成规划。
2.如权利要求1所述的自动泊车路径规划方法,其特征在于,所述可行性范围是泊车起始点到终点之间的可行性范围,该范围确定前,具有计算泊车起始点范围的步骤。
3.如权利要求2所述的自动泊车路径规划方法,其特征在于,计算泊车起始点范围的步骤之前,具有参数输入步骤,所述参数包括:车身尺寸参数、泊车位尺寸参数、车辆与泊车位位置关系参数。
4.如权利要求1所述的自动泊车路径规划方法,其特征在于,在规划的样条曲线的终止点补齐的圆弧为第二圆弧段,在样条曲线的终止点处,车辆位置与姿态分别以Xf_B,Yf_B,Thetaf_B表示,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,第二圆弧段的起始点和终止点位置和姿态分别用以下公式表示:
根据获得的起始点和终止点的位置,采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
其中:
Xi_ARC2:第二段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC2:第二段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC2:第二段圆弧起始点的姿态角;
Xf_ARC2:第二段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC2:第二段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC2:第二段圆弧终止点的姿态角;
Xf_B:样条曲线终点的X坐标;
Yf_B:样条曲线终点的y坐标;
Thetaf_B:样条曲线终点点的姿态角;
Δtheta:采样的角度间隔;
X_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC2(i):第二段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC2(i):第二段圆弧中插入的第i点姿态角。
5.如权利要求1所述的自动泊车路径规划方法,其特征在于,在规划的样条曲线的起始点补齐的圆弧为第一圆弧段,样条曲线的起始点处,车辆位置与姿态分别以Xi_B,Yi_B,Thetai_B,并且,以向右以及向上为X轴和Y轴的正方向,第一圆弧段的起始点和终止点的坐标和位姿由以下公式获得:
根据获得的起始点和终止点位置,可以采取插值法生成中间路径点,假定要生成圆弧上的n个路径点,则第i个路径点的位姿为:
其中:
Xi_ARC1:第一段圆弧起始点的X坐标;
Yi_ARC1:第一段圆弧起始点的y坐标;
Thetai_ARC1:第一段圆弧起始点的姿态角;
Xf_ARC1:第一段圆弧终止点的X坐标;
Yf_ARC1:第一段圆弧终止点的y坐标;
Thetaf_ARC1:第一段圆弧终止点的姿态角;
Xi_B:样条曲线起点的X坐标;
Yi_B:样条曲线起点的y坐标;
Thetai_B:样条曲线起点的姿态角;
Δtheta:采样的角度间隔;
X_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点x坐标;
Y_ARC1(i):第一段圆弧中插入第i点y坐标;
Theta_ARC1(i):第一段圆弧中插入的第i点姿态角。
6.一种在自动泊车路径规划中保证车辆起点位置姿态约束的方法,其特征在于,在样条曲线的起始点位置补齐一段由车辆最小半径确定的圆弧,该圆弧与样条曲线的相接点处,其一阶导数连续,该圆弧起始点位置其一阶导数为0。
7.一种在自动泊车路径规划中摆正车身时保证车辆运动学约束的方法,其特征在于,在样条曲线的终止点位置补齐一段由车辆最小半径确定的圆弧,该圆弧与样条曲线的相接点处,其一阶导数连续,该圆弧终止点位置其一阶导数为0。
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