一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108536149A(43)申请公布日2018.09.14(21)申请号201810375570.7(22)申请日2018.04.25(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人何磊宋琪曹起铭李成宏(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人刘驰宇(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图2页(54)发明名称一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法(57)摘要本发明提供了一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置及控制方法，装置包括设置在无人驾驶车辆左侧A柱外部的摄像头和一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱外部的摄像头以及一个设于无人驾驶车辆车顶的激光雷达；方法为：雷达对进入摄像头监控范围内的障碍物进行定位测速；基于避障算法确定即将与智能车发生碰撞的障碍物序列；智能车根据新的障碍物序列对当前避障路径进行重新规划，以完成避障操作；本发明将摄像头设于无人驾驶车辆的两A柱中部，有效地解决了无人驾驶车辆视野盲区的问题，同时提高了采集信息的完善、准确程度；将无人驾驶中不同的障碍物采用不同的避障判断算法，提高了无人驾驶车辆避障的准确度与精度。CN108536149ACN108536149A权利要求书1/4页1.一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制装置，其特征在于，包括一个设置在无人驾驶车辆左侧A柱(3)外部的摄像头(4)、一个设置在无人驾驶车辆右侧A柱(3)外部的摄像头(4)以及一个设于无人驾驶车辆车顶(1)的激光雷达(2)，两个摄像头(4)均处于所在A柱(3)的中部且位于同一水平线上，激光雷达(2)与无人驾驶车辆的质心处于同一直线上，且该直线与水平面相垂直，两个摄像头(4)以及激光雷达(2)均与无人驾驶车辆的ECU连接。2.一种基于Dubins路径的无人驾驶车辆避障控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤(一)雷达对进入摄像头监控范围内的障碍物进行定位测速；步骤(二)基于避障算法确定即将与智能车发生碰撞的障碍物序列；步骤(三)智能车根据新的障碍物序列对当前避障路径进行重新规划，以完成避障操作；其中，步骤(一)具体过程为：无人驾驶车辆通过位于左右两侧A柱(3)中部的两个摄像头(4)以及车顶(1)的激光雷达(2)探测所处多障碍物环境下的障碍物信息；建立无人驾驶车辆搜索模型，假设无人驾驶车辆的搜索区域为半径为R、开角为2θ的区域，θ由摄像头可见角度决定，R由摄像头监控距离决定；激光雷达(2)检测到处于无人驾驶车辆的搜索区域的障碍物的个数、障碍物的行驶速度、障碍物的位置以及无人驾驶车辆质心与障碍物观测点之间的距离，并将运动数据传送至无人驾驶车辆中央处理器中；步骤(二)具体过程为：定义范围圆为以无人驾驶车辆质心为圆心，以R1为半径的圆，且该范围圆应包围无人驾驶车辆轮廓线并且使l′≥l，l′为范围圆与无人驾驶车辆轮廓线之间的最短距离，l为两个车辆间的最短安全距离；当障碍物进入搜索区域后，则开始进行避障判断；无人驾驶车辆在行驶过程中一般处于多障碍物环境下，为了更加准确的执行避障操作，将无人驾驶车辆遇到的障碍物分为两种：静止障碍物以及运动障碍物；判断方法为：激光雷达每隔0.05s获取雷达监测范围内的障碍物的速度、位置信息，若每一时刻障碍物的速度为0，则该障碍物为静止障碍物，若存在某一时刻障碍物的速度不为0，则该障碍物为运动障碍物；假设无人驾驶车辆做直线运动，构建二维平面xoy，以无人驾驶车辆的质心为原点，以无人驾驶车辆前进方向为y轴，y轴沿顺时针方向旋转90度为x轴的正方向；(1)对静止障碍物进行避障判断：因为静止障碍物的速度为0，即静止障碍物观测点坐标不变，设静止障碍物观测点坐标为(x0,y0)，所以做直线运动的无人驾驶车辆与静止障碍物的最短距离就是静止障碍物观测点到y轴的垂线长度；可知该垂线长度就是静止障碍物观测点横坐标的绝对值，即|x0|；当|x0|大于范围圆半径R1时，可判断该静止障碍物不会与无人驾驶车辆发生碰撞；当|x0|小于或等于范围圆半径R1时，判断该静止障碍物会与无人驾驶车辆发生碰撞，将判断会发生碰撞的静止障碍物加入障碍物序列中；(2)对运动障碍物进行避障判断：2CN108536149A权利要求书2/4页首先，采用卡尔曼滤波算法对运动障碍物观测点轨迹进行轨迹预测，具体操作为：a、构建系统预测方程以k-1表示当前时刻，设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的位置为(x(k-1),y(k-1))；设激光雷达测量到的k-1时刻运动障碍物观测点在二维平面xoy的速度为(vx(k-1),vy(k-1))；设每一个时刻