CN112061131B - 一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法 - Google Patents

一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，属于自动驾驶技术领域。该方法使用了射线检测，从车中点和车两侧各射出射线检测前方是否有障碍，并且提前在车辆两边车道检测是否有障碍，避障时也能算出合适的点作为目标点，能较为拟真的实现真实车辆的行车检测和避障行为。本发明使用了射线作为障碍检测的手段，不但性能消耗很低，而且能够实现按照交通规则去变道，并进一步根据速度设定安全距离，判断什么时候该变道，从而满足仿真车的大部分避障需求。

Description

一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法
技术领域
本发明涉及一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，属于自动驾驶技术领域。
背景技术
自动驾驶仿真需要模仿真实道路环境，在已经生成了道路数据的情况下，仿真车需要有检测障碍和避开障碍的功能，以模拟真实车辆的行车行为。目前，在unity中实现障碍检测和避障行驶大多是用使用unity自带模块navigation寻路模块实现的，但是navigation寻路模块在遇到障碍的时候只会找最短路径去避障而不是按照交通规则去变道，也不能根据速度判断什么时候该变道，而且无法检测其他可变道的路的路况是否可以变道，因此unity自带的navigation模块不能满足仿真的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种性能消耗很低、能够满足仿真需要的基于已有路径检测障碍和避开障碍行驶的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，每条道路数据包括若干条首尾相连的路径组成的车道以及可变道路径的集合，所述车道的中心线按预设间隔依次采集得到路点坐标，其中，可变道路径的集合包括可左变道路径的集合和可右变道路径的集合；所述方法包括以下步骤：
步骤一、仿真车沿着当前车道的路点坐标依次行驶，并周期性地检测仿真车前方是否有障碍，具体包括以下步骤：
S101、用当前车道的下一个路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向；
S102、根据仿真车的当前速度v、加速度a和车身长度l，计算得到仿真车的安全距离s=0.5*v*v/a+l+2，其中当前速度v的单位为m/s，加速度a的单位为m/s2，车身长度l的单位为m，仿真车的安全距离s的单位为m；
S103、从仿真车的当前路点坐标、车身左侧坐标、车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射长度为仿真车安全距离s的射线，如果射线检测到障碍则执行步骤二，否则在下一周期继续重复执行步骤一；
步骤二、检测当前车道的左侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S201、检测仿真车在当前车道的路径是否属于可左变道路径的集合，如是，则执行步骤S202，如否，则执行步骤三；
S202、遍历左侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前坐标的距离最短的路点记为左路点坐标；仿真车从左路点坐标以及仿真车位于左路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤三，否则以左侧车道为目标车道执行步骤四；
步骤三、检测当前车道的右侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S301、检测现在当前车道的路径是否属于可右变道路径的集合，如是，则执行步骤S302，如否，则执行步骤五；
S302、遍历右侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前坐标的距离最短的路点记为右路点坐标；仿真车从右路点坐标以及仿真车位于右路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤五，否则以右侧车道为目标车道执行步骤四；
步骤四、遍历目标车道内的所有路点，计算每个路点坐标与仿真车当前路点坐标的距离，找到距离最短的路点，然后在该路点增加安全距离减去车长作为目标路点，用目标路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向；然后返回执行步骤一；
步骤五、仍按当前车道行驶，并逐渐减小仿真车的当前速度v，当仿真车安全距离s达到l+2时，仿真车的当前速度v降为0；同时在下一检测周期，返回执行步骤一。
本发明提供了一种在已经生成了道路数据的情况下让仿真车有检测障碍和避开障碍等功能，即仿真车周期性的检测前方障碍，如果行驶路径被障碍阻挡则试图变道，如果经过射线检测可以变道则在变道的道路中选择一个路点作为目标点进行变道，如果所有可变道道路都被阻挡则进行减速停车，直到所有任意道路障碍移走之后才会通过。本发明使用了射线作为障碍检测的手段，不但性能消耗很低，而且能够实现按照交通规则去变道，并进一步根据速度设定安全距离，判断什么时候该变道，从而满足仿真车的大部分避障需求。
具体实施方式
实施例一
本实施例基于已有的道路数据使仿真车避开障碍行驶，每条道路数据包括若干条首尾相连的路径组成的车道以及可变道路径的集合，所述车道的中心线按预设间隔依次采集得到路点坐标，间隔通过为0.8-1.2m，优选1m。其中，可变道路径的集合包括可左变道路径的集合和可右变道路径的集合。
本实施例基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，包括以下步骤：
步骤一、仿真车沿着当前车道的路点坐标依次行驶，并周期性地检测仿真车前方是否有障碍，具体包括以下步骤：
S101、用当前车道的下一个路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向，记为A；
S102、根据仿真车的当前速度v、加速度a和车身长度l，计算得到仿真车的安全距离s=0.5*v*v/a+l+2，其中当前速度v的单位为m/s，加速度a的单位为m/s2，车身长度l的单位为m，仿真车的安全距离s的单位为m；
S103、从仿真车的当前路点坐标、车身左侧坐标、车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射长度为仿真车安全距离s的射线，如果射线检测到障碍则执行步骤二，否则在下一周期继续重复执行步骤一；车身左侧坐标是在车辆行驶方向A沿垂直方向逆时针旋转90度的方向上，并距当前路点坐标为半个车辆宽度的点的坐标；同理，车身右侧坐标是在车辆行驶方向A沿垂直方向顺时针旋转90度的方向上，并距当前路点坐标为半个车辆宽度的点的坐标，此为本技术领域的惯用手段，可参考相关文献，不再赘述。
步骤二、检测当前车道的左侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S201、检测仿真车在当前车道的路径是否属于可左变道路径的集合，如是，则执行步骤S202，如否，则执行步骤三；
S202、遍历左侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前坐标的距离最短的路点记为左路点坐标；仿真车从左路点坐标以及仿真车位于左路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向A发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤三，否则以左侧车道为目标车道执行步骤四。
本实施例在尝试左变道时，需要检测左侧车道车后大概半个车长的位置到安全距离之内都没有障碍，需要计算出此时车辆左侧车道对应点向后移动一个车长的坐标，再在对应点坐标、车左侧、车右侧分别射出射线判断左侧道路是否也存在障碍，如果未检测到障碍则并入变道步骤。
步骤三、检测当前车道的右侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S301、检测现在当前车道的路径是否属于可右变道路径的集合，如是，则执行步骤S302，如否，则执行步骤五；
S302、遍历右侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前坐标的距离最短的路点记为右路点坐标；仿真车从右路点坐标以及仿真车位于右路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤五，否则以右侧车道为目标车道执行步骤四。
本实施例在尝试右变道时，与步骤三的方法基本相同。
步骤四、遍历目标车道内的所有路点，计算每个路点坐标与仿真车当前路点坐标的距离，找到距离最短的路点，然后在该路点增加安全距离减去车长作为目标路点，用目标路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向；然后返回执行步骤一。
变道需要选定合适的目标点，以及时绕开障碍并且不能转向过于突兀，本实施例是将安全距离减去一个车长的地方作为目标点，计算方法是计算目标车道距离车最近的路点，获取路点索引，然后增加安全距离减去车长，得到目标索引，如果目标索引大于车道的索引数，则将目标索引设置为车道的最后一个索引，然后获取目标索引所在的路点，这个路点就是本发明需要的目标点，如果一直朝着目标点行驶即可避开障碍。
步骤五、仍按当前车道行驶，并逐渐减小仿真车的当前速度v，当仿真车安全距离s达到l+2时，仿真车的当前速度v降为0；同时在下一检测周期，返回执行步骤一再次判断前方是否有障碍。如果前方或相邻车道障碍一直没有移开，仿真车探测到障碍时，仿真车的当前速度v减少，仿真车的安全距离s也会减少，这样减速之后会出现安全距离内没有检测到障碍的情况，此时会让车辆会继续行驶，直到安全距离为车身长度+2米时，将仿真车的当前速度降为0，即在仿真车与障碍距离为（l+2）米时车辆会完全停止。
本实施例使用了射线检测，从车中点和车两侧各射出射线检测前方是否有障碍，并且提前在车辆两边车道检测是否有障碍，避障时也能算出合适的点作为目标点，能较为拟真的实现真实车辆的行车检测和避障行为。
本实施例还可以作以下改进：步骤四中，将目标车道内的所有路点按先后顺序进行排序，目标车道内的路点总数为all，假设目标路点的索引值为index，如果index+s-l>all，则将索引值为all-1的路点作为目标路点，其中，l为车身长度，s为仿真车安全距离。这样可避免仿真车行进到车道尽头时导致的错误。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，每条道路数据包括若干条首尾相连的路径组成的车道以及可变道路径的集合，所述车道的中心线按预设间隔依次采集得到路点坐标，其中，可变道路径的集合包括可左变道路径的集合和可右变道路径的集合；所述方法包括以下步骤：
步骤一、仿真车沿着当前车道的路点坐标依次行驶，并周期性地检测仿真车前方是否有障碍，具体包括以下步骤：
S101、用当前车道的下一个路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向；
S102、根据仿真车的当前速度v、加速度a和车身长度l，计算得到仿真车的安全距离s=0.5*v*v/a+l+2，其中当前速度v的单位为m/s，加速度a的单位为m/s2，车身长度l的单位为m，仿真车的安全距离s的单位为m；
S103、从仿真车的当前路点坐标、车身左侧坐标、车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射长度为仿真车安全距离s的射线，如果射线检测到障碍则执行步骤二，否则在下一周期继续重复执行步骤一；
步骤二、检测当前车道的左侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S201、检测仿真车在当前车道的路径是否属于可左变道路径的集合，如是，则执行步骤S202，如否，则执行步骤三；
S202、遍历左侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前路点坐标的距离最短的路点记为左路点坐标；仿真车从左路点坐标以及仿真车位于左路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤三，否则以左侧车道为目标车道执行步骤四；
步骤三、检测当前车道的右侧车道是否可以变道，包括以下步骤：
S301、检测现在当前车道的路径是否属于可右变道路径的集合，如是，则执行步骤S302，如否，则执行步骤五；
S302、遍历右侧车道内的所有路点，找到与仿真车当前路点坐标的距离最短的路点记为右路点坐标；仿真车从右路点坐标以及仿真车位于右路点坐标时的车身左侧坐标和车身右侧坐标分别向车辆行驶方向发射射线，射线的长度为仿真车安全距离s，如果射线检测到障碍则执行步骤五，否则以右侧车道为目标车道执行步骤四；
步骤四、遍历目标车道内的所有路点，计算每个路点坐标与仿真车当前路点坐标的距离，找到距离最短的路点，然后在该路点增加安全距离减去车长作为目标路点，用目标路点坐标减去当前路点坐标得到车辆行驶方向；然后返回执行步骤一；
步骤五、仍按当前车道行驶，并逐渐减小仿真车的当前速度v，当仿真车安全距离s达到l+2时，仿真车的当前速度v降为0；同时在下一检测周期，返回执行步骤一。
2.根据权利要求1所述的基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，其特征在于：步骤四中，将目标车道内的所有路点按先后顺序进行排序，目标车道内的路点总数为all，假设目标路点的索引值为index，如果index+s-l>all，则将索引值为all-1的路点作为目标路点，其中，l为车身长度，s为仿真车安全距离。
3.根据权利要求1或2所述的基于道路数据的仿真车避开障碍行驶的方法，其特征在于：所述车道的中心线按预设间隔依次采集得到路点坐标时，预设间隔为0.8-1.2米。
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