[發(fā)明專利]一種智能駕駛的自底向上平滑軌跡生成方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011402096.6
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112519783B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 陽春華;吳漢釗;余伶俐;趙于前;羅嘉威
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B60W40/00
• 分類號: B60W40/00;B60W60/00;G06Q10/04;G06F17/11
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發(fā)明公開了一種智能駕駛的自底向上平滑軌跡生成方法及系統(tǒng)，構建可行駛區(qū)域，對礦井巷道的壁沿進行特征提取，以此來辨別當前時刻掘進機行進路段；本發(fā)明通過在不同路段采用不同的參考點生成方法，保證了在直線路線參考點處于道路中間，在彎道路段參考點處于彎道內側，大大提高了掘進機行駛過程中的安全性；后續(xù)再對生成的參考點進行預處理，得到參考點數(shù)量充足且便于跟蹤的參考點序列。

技術領域

本發(fā)明涉及智能駕駛礦下掘進機路徑規(guī)劃領域，特別是一種智能駕駛的自底向上平滑軌跡生成方法及系統(tǒng)。

背景技術

掘進機礦下參考線生成及平滑方法是礦下無人駕駛技術研究的重要內容之一，生成平滑的參考中心線有利于減小礦下掘進機的跟蹤誤差與能量損耗，同時也兼顧車輛的安全性與舒適性，具有重要研究價值。實現(xiàn)無人駕駛掘進機礦下路徑規(guī)劃首先需要對激光數(shù)據(jù)預處理得到原始巷道壁點云數(shù)據(jù)，然后生成參考中心線。然而，在實際場景中，仍有以下問題制約生成礦下車輛參考中心線的應用。

(1)地下礦用掘進機由于單一作業(yè)方式，一般在巷道內預設好的路徑上反復運行，一旦參考中心線生成后，路徑規(guī)劃出的參考路徑可以使用較長時間，但是需要綜合考慮障礙物，巷道壁凹凸不平及礦用掘進機的運動特性，只有按照實際巷道特點規(guī)劃出的參考中心線才是更加可靠、安全的。

(2)在礦下掘進機跟蹤參考中心線行駛過程中，傳統(tǒng)參考路徑與巷道兩側沿壁的距離不平均，由于直線與彎道路徑的跟蹤方法不同，傳統(tǒng)方法在主目標規(guī)劃后再進行一次局部避障規(guī)劃，二次規(guī)劃后的參考路徑對于車輛左右外廓特征點與左右巷道沿壁的距離無法得到很好的平均效果，車輛運行時相對某一側沿壁有碰撞風險。

(3)傳統(tǒng)方法對于生成礦下參考線主要考慮車輛當前位置與左右巷道沿壁的距離、與障礙物的距離以及巷道壁的道路曲率，但是并未考慮該參考軌跡是否適合掘進機跟蹤，平滑后的路徑可能不滿足車輛運動特性與車輛執(zhí)行器的飽和特性，使車輛在跟蹤時誤差較大甚至失控。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種智能駕駛的自底向上平滑軌跡生成方法及系統(tǒng)，保證在直線路線參考點處于道路中間，在彎道路段參考點處于彎道內側，提高掘進機行駛過程中的安全性。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種智能駕駛的自底向上平滑軌跡生成方法，包括以下步驟：

1)獲取當前時刻掘進機行進路段參考點，對所有參考點進行預處理，得到參考點序列；

2)獲取所述參考點序列中距離鉸接車最近的路徑參考點，并根據(jù)所述最近的路徑參考點在所述參考點序列中的索引確定參考路徑上的預瞄點；

3)計算掘進機當前位置與所述預瞄點之間的航向偏差角α；

4)令掘進機當前轉向半徑R等于期望轉向半徑R_desire，得到控制律：

其中ω_γ為鉸接角角速度，單位為rad·s^-1；-ω_max≤ω_γ≤ω_max；ω_max為轉向機構所能提供的最大鉸接角角速度的絕對值，單位為rad·s^-1；v_f為前橋縱向速度，單位m·s^-1；l_f是前橋輪心到鉸接點的距離，單位為m；θ_f為前橋橫擺角速度，單位rad·s^-1；

5)利用下式更新車輛前橋中心坐標位置(x_f,y_f)、前橋橫擺角θ_f、車輛鉸接角γ：

為掘進機前橋縱向速度、掘進機前橋橫向速度；其中，以前橋中心為參考點，縱向為車輛前進方向，橫向為垂直于縱向，采用右手系建立車身坐標系；