[發(fā)明專利]一種基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210295423.5
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114647245A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高建平;柴文件;吳延峰;郗建國;靳祥冬;李欣峰
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 王凱迪

1.一種基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取主車信息和障礙物信息，并確定目標(biāo)點(diǎn)位置；所述主車信息包括主車位置和主車速度，所述障礙物信息包括障礙物位置；

S2、建立跟隨主車運(yùn)動的隨動直角坐標(biāo)系，并在所述隨動直角坐標(biāo)系中，根據(jù)主車位置和目標(biāo)點(diǎn)位置建立用于表征目標(biāo)點(diǎn)位置對主車運(yùn)動影響的目標(biāo)點(diǎn)引力勢場，根據(jù)主車位置、障礙物位置和目標(biāo)點(diǎn)位置建立用于表征障礙物對主車運(yùn)動影響的障礙物斥力勢場；

S3、計算主車在目標(biāo)點(diǎn)引力勢場和障礙物斥力勢場組合成的復(fù)合場中的合力；

S4、若所述合力不為0，則以主車所在位置為圓心，設(shè)定步長為半徑作第一參考圓，以主車為起點(diǎn)，將主車沿合力方向指向第一參考圓上的點(diǎn)作為主車運(yùn)動的下一個軌跡點(diǎn)p₁，根據(jù)軌跡點(diǎn)p₁確定主車的避障路徑，控制主車按照避障路徑行駛進(jìn)行避障；

若所述合力為0，則以主車所在位置為圓心，設(shè)定步長為半徑作第二參考圓，以障礙物為圓心，以主車與障礙物之間距離為半徑作第三參考圓，將第二參考圓與第三參考圓的交點(diǎn)作為主車運(yùn)動的下一個軌跡點(diǎn)p₂，根據(jù)軌跡點(diǎn)p₂確定主車的避障路徑，控制主車按照避障路徑行駛進(jìn)行避障。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S4中，當(dāng)所述合力不為0時，若軌跡點(diǎn)p₁位于障礙物所在的膨脹范圍內(nèi)，則將障礙物沿指向軌跡點(diǎn)p₁的方向且位于第三參考圓上的點(diǎn)作為主車運(yùn)動的下一個軌跡點(diǎn)p₃，根據(jù)軌跡點(diǎn)p₃確定主車的避障路徑，控制主車按照避障路徑行駛進(jìn)行避障；將障礙物的尺寸按設(shè)定比例放大得到所述膨脹范圍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述障礙物信息還包括障礙物速度，步驟S2中，還在隨動直角坐標(biāo)系中，根據(jù)障礙物速度信息建立用于表征障礙物速度對主車運(yùn)動影響的障礙物速度斥力勢場，并在步驟S3中計算主車在目標(biāo)點(diǎn)引力勢場、障礙物斥力勢場和障礙物速度斥力勢場組合成的復(fù)合場中的合力。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，障礙物速度斥力勢場U_rev(X)通過如下公式表示：

式中，k_v為正比例增益系數(shù)，v-v₀為主車與障礙物的相對速度，v為主車當(dāng)前速度，v₀為障礙物當(dāng)前速度，障礙物速度斥力與相對速度的方向相反，α為相對速度的方向和主車位置與障礙物位置之間連線的夾角，ρ_ob為主車與障礙物之間的距離，A為障礙物的縱向影響距離。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，還獲取道路邊界信息，步驟S2中，還在隨動直角坐標(biāo)系中，根據(jù)道路邊界信息建立用于表征道路邊界對主車運(yùn)動影響的道路邊界斥力勢場，并在步驟S3中計算主車在目標(biāo)點(diǎn)引力勢場、障礙物斥力勢場、障礙物速度斥力勢場和道路邊界斥力勢場組合成的復(fù)合場中的合力。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于人工勢場的無人車彎道避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，道路邊界斥力勢場U_road(X)通過如下公式表示：

式中，k_road為道路邊界斥力系數(shù)，||r_i-r_l||為主車到道路邊界的垂直距離，r_i為主車在隨動直角坐標(biāo)系中所在位置的橫坐標(biāo)，r_l為主車在隨動直角坐標(biāo)系中所在位置的縱坐標(biāo)，W為主車的車體寬度，k₀為道路邊界影響距離。