[發明專利]基于碰撞預測模型的人工勢場無人車動態路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202111253096.9
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113985875A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張衛波;黃志鵬;陳慧鴻;黃紹斌;羅星
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種基于碰撞預測模型的人工勢場無人車動態路徑規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、獲取障礙物坐標信息、無人車運動模型和初始狀態信息；

步驟S2、判斷當前時刻無人車所遇障礙物是否為動態障礙物；

步驟S3、識別危險度區域；

步驟S4、選擇是否采用碰撞預測模型，并決定是否添加速度勢場；

步驟S5、判斷是否遇到障礙物誘導方向問題；

步驟S6、計算無人車引力、斥力函數；

步驟S7、輸出無人車當前時刻運動步長及方向；

步驟S8、重復步驟S1-S7，直至到達終點完成全局的路徑追蹤，并描點連線實現無人車運動軌跡可視化。

2.根據權利要求1所述的基于碰撞預測模型的人工勢場無人車動態路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S4的具體實現過程如下：

步驟S4.1、建立具備自適應能力的速度勢場；

步驟S4.2、建立碰撞預測模型，評價指標包括極限躲避時間t_c和剩余躲避時間t_o；

步驟S4.3、制定動態環境安全判定條件，決定是否添加速度勢場。

3.根據權利要求2所述的基于碰撞預測模型的人工勢場無人車動態路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S4.1的具體實現過程如下：

所建立的速度勢場函數：

上式中，α為無人車距離障礙物的最小距離，α₂為速度勢場有效范圍，V_o為動態障礙物運動速度，V_v為無人車運動速度，ξ為增幅系數，其計算公式為：

上式中，Φ_v為無人車至障礙物位置所在線段與障礙物運動方向的夾角。

4.根據權利要求3所述的基于碰撞預測模型的人工勢場無人車動態路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S4.2的具體實現過程如下：

將過障礙物中心且與障礙物運動方向重合的直線記為k，平行直線k且過障礙物兩端最外端點P_o1、P_o2的直線，分別記為k₁、k₂，即得到無人車與直線k₁、k₂的距離D_c1、D_c2；若點P_o1、P_o2處于無人車運動方向兩側，取無人車具有轉向趨勢一側的距離即D_c1或D_c2為D_c，點P_c為駛出直線k₁、k₂所圍區域并與其產生的交點；若點P_o1、P_o2處于無人車運動方向同側，取D_cmax＝max(D_c1，D_c2)、D_cmin＝min(D_c1，D_c2)，點P_c1、P_c2分別為無人車駛入和駛出直線k₁、k₂所圍區域并與其產生的交點；

在極限情形即無人車轉向角從開始就達到最大值下，從無人車受到動態障礙物斥力作用起，到安全躲避障礙物的用時，記為極限躲避時間t_c；從無人車受到動態障礙物斥力作用起，此時障礙物斥力作用距離為最遠距離，記為α₀，到無人車進入障礙物對車速產生強大阻礙效果的距離即α＜0.35α₀時所用時間，記為即剩余躲避時間t_o；

在無人車與障礙物相遇場景中，極限躲避時間t_c的計算公式為：

上式中，R_min為最小轉彎半徑，以最小轉為半徑的圓心O’建立坐標系iO′j，A為段距離，即無人車坐標在坐標系iO′j上j軸的投影距離，Φ為相對運動夾角，Φ_l為極限轉向角，D_lim為障礙物運動方向過極限轉向點與無人車的距離，為無人車后半車身長度；

剩余躲避時間的計算公式為：

上式中，α₀為障礙物對無人車的斥力影響范圍，Φ_v為碰撞預測夾角，即無人車至障礙物位置所在線段與障礙物運動方向的夾角。