本發(fā)明屬于自動駕駛領域，尤其涉及一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。

背景技術：

隨著自動控制技術在汽車所有執(zhí)行器上得到普遍應用，進而又有若干執(zhí)行器組合上得到普遍應用，自動駕駛技術有著長遠的發(fā)展過程，導致今天全自動駕駛呼之欲出。

在全自動駕駛技術中，由于全工況的復雜性及人工智能的不完善性，急需一個正在意義上的全自動駕駛產(chǎn)品推動自動駕駛的前進，因此，局部工況的停車場自主泊車應運而生。停車場自主泊車指的是，自主車輛停在停車場入口處，車輛自主進入停車場，并在停車場內(nèi)尋庫且完成泊車。因此，自主車輛能自主出入停車場，是完成停車場自主泊車的前提。

鑒于上述情況，有必要在停車場自主泊車技術中，提出一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法。在地下停車場自主泊車技術中，自主車輛能自動出入地下停車場時前提，因此，只有通過地下停車場坡道完成自主出入地下停車場，地下停車場自主泊車才能進入尋庫及泊車的流程。

本發(fā)明解決了在地下停車場彎曲坡道工況下跟蹤三維路徑的難題，為未來地下停車場自主泊車做鋪墊，也補充了在三維立體空間上的路徑跟蹤。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提出的一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法是在地下停車場三維彎曲坡道上，由已知規(guī)劃的行駛路徑，通過模型預測算法進行彎曲坡道上路徑跟蹤，完成彎曲坡道的自動駕駛，補充了路徑跟蹤技術在三維空間上的不足，該方法具體過程如下：

1)當自主車輛開始進入地下停車場坡道時，由車輛定位系統(tǒng)給出此時車輛起始點在彎曲坡道的相對位置。

2)由自主車輛在彎曲坡道入口處的位置信息，結合數(shù)字地圖，即可根據(jù)螺線的數(shù)學公式進行彎曲坡道內(nèi)的路徑規(guī)劃。

3)已知彎曲坡道內(nèi)的行駛路徑，根據(jù)模型預測控制進行路徑跟蹤。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法，該方法相比于現(xiàn)有方法具有如下優(yōu)勢：

(1)目前還沒有針對地下停車場彎曲坡道這類特定工況的路徑跟蹤見報道，本發(fā)明具有特定性，解決了未來在地下停車場的區(qū)域自動駕駛的彎曲坡道路徑跟蹤的問題，具有較好的前瞻性。

(2)本發(fā)明通用性強，不需要地下停車場另外安裝設備，成本較低。

(3)本發(fā)明結合數(shù)字地圖和螺線公式進行路徑規(guī)劃，再由模型預測控制進行路徑跟蹤，具有如下幾個好處：第一，相比于目前的二維平面的路徑規(guī)劃，本發(fā)明結合數(shù)字地圖和螺線公式能夠規(guī)劃出三維路徑，彌補了二維平面路徑規(guī)劃在三維彎曲坡道的空缺；第二，將模型預測應用在路徑跟蹤領域中，彎曲坡道路徑跟蹤效果較好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施方式中結合圓柱螺線進行路徑規(guī)劃的示意圖。

圖2為模型預測控制的路徑跟蹤框圖。

圖3為自主車輛在地下停車場彎曲坡道車速控制框圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實例對本發(fā)明的技術方案及設計原理進行闡述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

本發(fā)明的一種地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃及路徑跟蹤方法，由車輛定位系統(tǒng)得出自主車輛在地下停車場坡道的起始位置，路徑規(guī)劃系統(tǒng)結合數(shù)字地圖和圓柱螺線生成彎曲坡道的行駛路徑，再由模型預測控制對該路徑進行跟蹤，補充三維空間的路徑規(guī)劃及跟蹤解決方案。

圖1為本發(fā)明所述的一實施方式中結合圓柱螺線進行路徑規(guī)劃的示意圖，在所述的一實施方式中，數(shù)字地圖中的地下停車場彎曲坡道曲線可用圓柱螺線進行表征。

該圓柱面為：x²+y²＝a²

由p點起始的圓柱螺線上一點m(x,y,z),|pq|＝2ab，q表示點q，a表示圓柱面底面圓的半徑、b表示表示影響螺距的一個變量參數(shù)。

且，

點o和點p看成是地下停車場彎曲坡道的某一入口處，由于彎曲坡道曲線類型可用圓柱螺線進行表征，因此，從點o到點p之間的任意一點都必有一條圓柱螺線和該點對應。因此，只要由車輛定位系統(tǒng)得知車輛在入口處的位置，即點o到點p之間的某一點坐標，就可以通過圓柱螺線規(guī)劃出一條路徑。

圖2為模型預測控制的路徑跟蹤框圖，路徑跟蹤目的是協(xié)同控制方向盤角度和車速，使汽車軌跡和規(guī)劃的路徑一致。由得出的規(guī)劃路徑輸入到有限時域滾動優(yōu)化中，滾動優(yōu)化以車速為約束條件，求解最優(yōu)解，使車輛軌跡無限逼近規(guī)劃的路徑。同時，路徑跟蹤由模型預測控制器控制為主，雷達反饋作為輔助反饋進行監(jiān)控車輛位置。

圖3為自主車輛在地下停車場彎曲坡道內(nèi)車速控制策略，將坡道類型、坡度和彎度作為輸入量，由模糊控制器進行模糊控制輸出加速度到自主車輛，自主車輛的速度作為反饋量輸入到模糊控制器。

該方法具體過程如下：

1)當自主車輛開始進入地下停車場彎曲坡道時，由車輛定位系統(tǒng)輸出此刻自主車輛在彎曲坡道的位置信息，即自主車輛后軸中心位置在彎曲坡道起始點處的位置，將自主車輛后軸中心位置信息輸出到路徑規(guī)劃系統(tǒng)。

2)路徑規(guī)劃系統(tǒng)接收到來自車輛定位系統(tǒng)的自主車輛后軸中心位置信息，數(shù)字地圖中通過圓柱螺線、圓錐螺線等螺線公式表征的彎曲坡道。自主車輛后軸中心為原點建立三維坐標系，將該原點處的螺線公式結合數(shù)字地圖提取出來，由以自主車輛后軸中心為原點的三維坐標系和以該原點為起始點的螺線表達式組成自主車輛后軸中心的規(guī)劃路徑。

3)路徑跟蹤目的是協(xié)同控制方向盤角度和車速，使汽車軌跡和規(guī)劃的路徑一致。同時，又要解決坡道車速控制和前車車距控制。路徑跟蹤由模型預測控制，滾動優(yōu)化以車速控制為約束條件，求解方向盤角度最優(yōu)解，優(yōu)化車速和方向盤在彎曲坡道的協(xié)同控制。車速控制由模糊控制器根據(jù)坡道類型、坡度和彎度進行模糊控制。若前方有車輛，則將車速控制和車距控制進行決策融合，將融合結果作為求解的約束條件，求方向盤角度最優(yōu)解。

4)若彎曲坡道前方同方向有車輛時，則需考慮車距保持控制，通過同方向兩車的位移差、速度差和設定的安全距離進行車距控制。車距控制公式：

a＝k1(δx-sa)+k2*δv

其中，δx為位移差，sa為安全距離，δv為速度差，a表示車輛加速度，k1表示位移差和安全距離之差對于車輛加速度的影響因子，k2表示速度差對于車輛加速度的影響因子。

車距控制輸出的加速度和車速控制輸出的加速度需要進行決策融合，再將融合結果得到的加速度值作為約束條件，求方向盤角度最優(yōu)解。

綜上所述，地下停車場彎曲坡道的路徑規(guī)劃有別于目前室內(nèi)的路徑規(guī)劃算法，首先，目前大多數(shù)路徑規(guī)劃生成的都是二維路徑，大多數(shù)路徑規(guī)劃的目的都是規(guī)劃最優(yōu)最短路線。因此，地下停車場彎曲坡道路徑規(guī)劃的研究很有必要。本發(fā)明補充解決了三維空間的路徑規(guī)劃及跟蹤問題，方案簡單，成本較低。

所述實施例為針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所為的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。