CN112666950A - 一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法 - Google Patents
一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，包括在汽车前后以及侧边靠近车轮处均设有检测点，确定障碍物位于汽车的方位和距离，同时，通过各个监测点控制汽车各处与障碍物之间的距离，确保汽车各处均能成功避障，在第一阈值和第二阈值中包括预设变量，可根据路面情况以及汽车自身情况，自行调整，提高避障的安全性，另外，识别障碍物为静态障碍物或动态障碍物，及预测动态障碍物与汽车运动轨迹关系，针对性的进行避障，提高避障效率，在相交关系下，通过拟设避障点和添加浮动值，既能提前规划汽车的运动路线，又能基于汽车的实时的突变值调整避障点，保证目标点的准确性，使得汽车能安全可靠的进行避障。
Description
技术领域
本发明涉及无人驾驶汽车避障技术领域，具体为一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法。
背景技术
无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。中国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车；2005年，首辆城市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功。
无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车，它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶；集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。
无人驾驶汽车的研发越来越受重视，但是要让无人驾驶汽车变得更加安全，如何让智能车能够综合考虑道路交通状况针对目标障碍物做出合适且平顺的绕障动作是一个重要的课题。
发明内容
本发明提供一种能提前规划汽车的运动路线，又能根据具体情况，实时调整避障点，保证目标点的准确性的基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，包括如下步骤：
S1、汽车安装超声波探测装置，并在汽车两侧及前端和后端靠近车轮处均设有超声波探测点，利用车载超声波探测装置对汽车四周环境进行实时检测，并预设第一触发阈值和第二触发阈值，其中，第一触发阈值小于第二触发阈值；
S2、当检测到障碍物时，利用汽车上各检测点反馈信息，识别所述障碍物相对于汽车的位置及障碍物的类型，所述类型包括静态障碍物和动态障碍物；
S3、若为静态障碍物，根据障碍物相对于汽车的位置，确定采用第一触发阈值或第二触发阈值，决策汽车作出对应的动作，所述动作包括变道和绕障；
S4、若为动态障碍物，实时检测该动态障碍物的位置，计算所述动态障碍物的运动路线，并根据运动路线预测所述动态障碍物的运动轨迹，判断该运动轨迹与汽车初始的运动轨迹关系，所述关系包括重合、远离、平行和相交，根据相应的运动轨迹关系，规划汽车的避障路线。
具体的，在步骤2中，若汽车上仅同一面上的各个检测点检测到障碍物时，则判断该障碍物位于汽车的该面一侧，若汽车上两个相连面上的检测点均检测到障碍物时，利用各个检测点反馈的距离信息，计算并得出障碍物与汽车的间距和夹角。
具体的，在步骤S2中，检测障碍物的类型具体步骤包括：构建对比运动曲线，该对比运动曲线为汽车初始的运动曲线，随汽车运动，拟设障碍物为静态障碍物，实时检测该障碍物的位置，并反演计算汽车相对于该障碍物的位置曲线，若该位置曲线与对比运动曲线相同，判断该障碍物为静态障碍物，若该位置曲线与对比运动曲线不同，判断该障碍物为动态障碍物。
具体的，在步骤S3中，若静态障碍物仅在汽车侧面或汽车运动方向上，基于第二触发阈值作出对应的动，若汽车侧面和汽车运动方向上均包括静态障碍物，则位于汽车侧面的静态障碍物与汽车之间的距离不小于第一触发阈值。
具体的，在步骤S3中，在汽车变道中，汽车向静态障碍物靠近，汽车位于运动方向前端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车向远离静态障碍物方向变向，直至汽车后端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车回正。
具体的，在步骤S3中，在汽车绕障中，汽车向静态障碍物靠近，基于各个检测点反馈的数据，调整汽车姿态，使汽车中心与障碍物间距为第二阈值，保持汽车此状态下的运动路线，直至汽车行驶到目标方向，绕障结束。
具体的，在步骤S4中，当关系为重合时，保持初始运动路线，并控制车速，结合各个探测点反馈的数据，保持汽车与动态障碍物之间的间距不小于三倍的第二阈值，当关系为远离或平行时，保持初始运动路线，当关系为相交时，在动态障碍物的预测运动轨迹上拟设第一避障点，该点距离汽车初始的运动轨迹不小于第二阈值，汽车以该点为目标点规划避障路线，并在探测点与目标点之间实时检测动态障碍物的位置，将动态障碍物的预测运动轨迹作为参考轨迹，并预设浮动值；
当检测到动态障碍物向远离汽车方向偏离该参考轨迹或偏离值小于浮动值时，汽车按规划路线行驶；
当检测到动态障碍物向靠近汽车方向偏离该参考轨迹，且偏离值大于浮动值时，检测该偏离点与汽车的实际距离，将该参考轨迹平移到该偏离点处，在参考轨迹上重新拟设第二避障点，以汽车以该点为目标点规划避障路线，如此反复；
其中，当关系为平行时，汽车侧边的检测点实时检测动态障碍物与汽车的间距，当汽车前端的检测点检测到动态障碍物靠近汽车时，切换为相交关系处理。
具体的，所述第一触发阈值和第二触发阈值均为
其中Xi为预设值，Yi为预设变量，un为影响因素，包括路面摩擦系数、轮胎摩擦系数和汽车制动机构摩擦系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明中，在汽车前后以及侧边靠近车轮处均设有检测点，用于检测汽车各处与障碍物之间的间距，并根据各个检测点的反馈数据，可确定障碍物位于汽车的方位和距离，同时，控制通过各个监测点控制汽车各处与障碍物之间的距离，确保汽车各处均能成功避障，本发明中，设有第一阈值和第二阈值，用于控制汽车距离障碍物的间距，其中，第一阈值和第二阈值中包括了预设变量，可根据路面情况以及汽车自身情况，自行调节第一阈值和第二阈值，提高避障的安全性，另外，在检测过程中，识别障碍物为静态障碍物或动态障碍物，以及对动态障碍物做避障处理时，预测动态障碍物与汽车运动轨迹关系，从而针对性的进行避障，提高避障效率，其中，在相交关系下，通过拟设避障点和添加浮动值，既能提前规划汽车的运动路线，又能基于汽车的实时的突变值，实时调整避障点，保证目标点的准确性，使得汽车能安全可靠的进行避障。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明汽车变道的示意图；
图2是本发明汽车绕障的示意图；
图3是本发明汽车跟车的示意图；
图4是本发明汽车并行行驶的示意图；
图5是本发明汽车预测避障的示意图；
图6是本发明平行切换相交时的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，包括如下步骤：
S1、汽车安装超声波探测装置，并在汽车两侧及前端和后端靠近车轮处均设有超声波探测点，利用车载超声波探测装置对汽车四周环境进行实时检测，并预设第一触发阈值和第二触发阈值，其中，第一触发阈值小于第二触发阈值；
其中，第一触发阈值和第二触发阈值均为
其中Xi为预设值，Yi为预设变量，un为影响因素，包括路面摩擦系数、轮胎摩擦系数和汽车制动机构摩擦系数，可根据路面情况以及汽车自身情况，自行调节第一阈值和第二阈值，提高避障的安全性。
S2、当检测到障碍物时，利用汽车上各检测点反馈信息，识别障碍物相对于汽车的位置及障碍物的类型，类型包括静态障碍物和动态障碍物；
S3、若为静态障碍物，根据障碍物相对于汽车的位置，确定采用第一触发阈值或第二触发阈值，决策汽车作出对应的动作，动作包括变道和绕障；
S4、若为动态障碍物，实时检测该动态障碍物的位置，计算动态障碍物的运动路线，并根据运动路线预测动态障碍物的运动轨迹，判断该运动轨迹与汽车初始的运动轨迹关系，关系包括重合、远离、平行和相交，根据相应的运动轨迹关系，规划汽车的避障路线。
在步骤2中，若汽车上仅同一面上的各个检测点检测到障碍物时，则判断该障碍物位于汽车的该面一侧，若汽车上两个相连面上的检测点均检测到障碍物时，利用各个检测点反馈的距离信息，计算并得出障碍物与汽车的间距和夹角；
其中，在步骤S2中，检测障碍物的类型具体步骤包括：构建对比运动曲线，该对比运动曲线为汽车初始的运动曲线，随汽车运动，拟设障碍物为静态障碍物，实时检测该障碍物的位置，并反演计算汽车相对于该障碍物的位置曲线，若该位置曲线与对比运动曲线相同，判断该障碍物为静态障碍物，若该位置曲线与对比运动曲线不同，判断该障碍物为动态障碍物。
在步骤S3中，若静态障碍物仅在汽车侧面或汽车运动方向上，基于第二触发阈值作出对应的动，若汽车侧面和汽车运动方向上均包括静态障碍物，则位于汽车侧面的静态障碍物与汽车之间的距离不小于第一触发阈值；
如图1所示，汽车向静态障碍物靠近，汽车位于运动方向前端的检测点检测静态障碍物的距离，当汽车位于运动方向前端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车向远离静态障碍物方向变向，直至汽车后端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车回正。
其中，如图2所示，在汽车绕障中，汽车向静态障碍物靠近，基于各个检测点反馈的数据，调整汽车姿态，使汽车中心与障碍物间距为第二阈值，保持汽车此状态下的运动路线，直至汽车行驶到目标方向，绕障结束。
如图3-4所示，在步骤S4中，当关系为重合时，保持初始运动路线，并控制车速，结合各个探测点反馈的数据，保持汽车与动态障碍物之间的间距不小于三倍的第二阈值，及进行跟车动作，当关系为远离或平行时，保持初始运动路线；
如图5所示，当关系为相交时，在动态障碍物的预测运动轨迹上拟设第一避障点，该点距离汽车初始的运动轨迹不小于第二阈值，汽车以该点为目标点规划避障路线，并在探测点与目标点之间实时检测动态障碍物的位置，将动态障碍物的预测运动轨迹作为参考轨迹，并预设浮动值；
当检测到动态障碍物向远离汽车方向偏离该参考轨迹或偏离值小于浮动值时，汽车按规划路线行驶；
当检测到动态障碍物向靠近汽车方向偏离该参考轨迹，且偏离值大于浮动值时，检测该偏离点与汽车的实际距离，将该参考轨迹平移到该偏离点处，在参考轨迹上重新拟设第二避障点，以汽车以该点为目标点规划避障路线，如此反复，根据实时检测的动态障碍物的位置，剔除非影响点，筛选出影响点，根据影响点计算并更新避障点，保证目标点的准确性，使得汽车能安全可靠的进行避障。
其中，如图6所示，当关系为平行时，汽车侧边的检测点实时检测动态障碍物与汽车的间距，当汽车前端的检测点检测到动态障碍物靠近汽车时，切换为相交关系处理，其中，在图中，汽车左边检测点检测到动态障碍物靠近汽车，汽车右边检测点检测到静态障碍物，汽车与静态障碍物之间的间距不小于第一阈值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、汽车安装超声波探测装置，并在汽车两侧及前端和后端靠近车轮处均设有超声波探测点，利用车载超声波探测装置对汽车四周环境进行实时检测，并预设第一触发阈值和第二触发阈值，其中，第一触发阈值小于第二触发阈值；
S2、当检测到障碍物时，利用汽车上各检测点反馈信息，识别所述障碍物相对于汽车的位置及障碍物的类型，所述类型包括静态障碍物和动态障碍物；
S3、若为静态障碍物，根据障碍物相对于汽车的位置，确定采用第一触发阈值或第二触发阈值，决策汽车作出对应的动作，所述动作包括变道和绕障；
S4、若为动态障碍物，实时检测该动态障碍物的位置，计算所述动态障碍物的运动路线，并根据运动路线预测所述动态障碍物的运动轨迹，判断该运动轨迹与汽车初始的运动轨迹关系，所述关系包括重合、远离、平行和相交，根据相应的运动轨迹关系，规划汽车的避障路线。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤2中，若汽车上仅同一面上的各个检测点检测到障碍物时，则判断该障碍物位于汽车的该面一侧，若汽车上两个相连面上的检测点均检测到障碍物时，利用各个检测点反馈的距离信息，计算并得出障碍物与汽车的间距和夹角。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤S2中，检测障碍物的类型具体步骤包括：构建对比运动曲线，该对比运动曲线为汽车初始的运动曲线，随汽车运动，拟设障碍物为静态障碍物，实时检测该障碍物的位置，并反演计算汽车相对于该障碍物的位置曲线，若该位置曲线与对比运动曲线相同，判断该障碍物为静态障碍物，若该位置曲线与对比运动曲线不同，判断该障碍物为动态障碍物。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤S3中，若静态障碍物仅在汽车侧面或汽车运动方向上，基于第二触发阈值作出对应的动，若汽车侧面和汽车运动方向上均包括静态障碍物，则位于汽车侧面的静态障碍物与汽车之间的距离不小于第一触发阈值。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤S3中，在汽车变道中，汽车向静态障碍物靠近，汽车位于运动方向前端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车向远离静态障碍物方向变向，直至汽车后端的检测点与静态障碍物的距离为第二阈值时，汽车回正。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤S3中，在汽车绕障中，汽车向静态障碍物靠近，基于各个检测点反馈的数据，调整汽车姿态，使汽车中心与障碍物间距为第二阈值，保持汽车此状态下的运动路线，直至汽车行驶到目标方向，绕障结束。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：在步骤S4中，当关系为重合时，保持初始运动路线，并控制车速，结合各个探测点反馈的数据，保持汽车与动态障碍物之间的间距不小于三倍的第二阈值，当关系为远离或平行时，保持初始运动路线，当关系为相交时，在动态障碍物的预测运动轨迹上拟设第一避障点，该点距离汽车初始的运动轨迹不小于第二阈值，汽车以该点为目标点规划避障路线，并在探测点与目标点之间实时检测动态障碍物的位置，将动态障碍物的预测运动轨迹作为参考轨迹，并预设浮动值；
当检测到动态障碍物向远离汽车方向偏离该参考轨迹或偏离值小于浮动值时，汽车按规划路线行驶；
当检测到动态障碍物向靠近汽车方向偏离该参考轨迹，且偏离值大于浮动值时，检测该偏离点与汽车的实际距离，将该参考轨迹平移到该偏离点处，在参考轨迹上重新拟设第二避障点，以汽车以该点为目标点规划避障路线，如此反复；
其中，当关系为平行时，汽车侧边的检测点实时检测动态障碍物与汽车的间距，当汽车前端的检测点检测到动态障碍物靠近汽车时，切换为相交关系处理。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声波距离检测的无人驾驶汽车避障方法，其特征在于：所述第一触发阈值和第二触发阈值均为
其中Xi为预设值，Yi为预设变量，un为影响因素，包括路面摩擦系数、轮胎摩擦系数和汽车制动机构摩擦系数。
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