[发明专利]一种基于人工势场的无人车弯道避障路径规划方法

说明书

本发明涉及一种基于人工势场的无人车弯道避障路径规划方法，属于无人车驾驶技术领域。现有的人工势场法在规划无人车避障路径时，存在局部最优问题，本发明在构建人工合力势场的基础上，根据合力判断主车是否陷入局部最优，通过绕圆避障1的方式解决局部最优问题，通过绕圆避障2的方式解决规划出的下一轨迹点位于障碍物膨胀范围内的问题，并且在绕圆避障过程中，根据合力对主车速度进行调整，从而保障车辆安全。

技术领域

本发明涉及一种基于人工势场的无人车弯道避障路径规划方法，属于无人车驾驶技术领域。

背景技术

路径规划作为无人驾驶车辆研究领域的核心技术，是指在动态环境下，寻找一条从起始点到目标点的无碰撞路径，具体可表述为：给定车辆的几何形状和动力学模型、所处的环境信息以及一个初始状态和一个目标状态集之后，计算一条免碰撞且满足车辆动力学和几何约束的可行轨迹，并将规划结果输出至运动控制层。

人工势场法最初应用到机器人的路径规划中，存在目标不可达和局部最优问题。现有技术解决该问题的方案主要有两大类，一是将目标点的距离引入到斥力场中来逃离局部最优，二是当陷入局部最优时，添加额外虚拟力打破平衡状态迫使无人车跳出局部最优。然而当人工势场应用到无人车避障时，不仅需要考虑算法的局限性，还要考虑障碍物的尺寸以及无人车运动学和动力学约束的问题。例如，公开号为CN112344943A的中国专利文件公开了一种改进人工势场算法的智能车路径规划方法，通过概率估计确定逃离局部最优问题的运动点，根据极小值点的势场大小比较判断是否能够逃离局部最小值点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工势场的无人车弯道避障路径规划方法，用于解决人工势场法规划无人车弯道避障路径时存在的局部最优问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于人工势场的无人车弯道避障路径规划方法，包括如下步骤：

S1、获取主车信息和障碍物信息，并确定目标点位置；所述主车信息包括主车位置和主车速度，所述障碍物信息包括障碍物位置；

S2、建立跟随主车运动的随动直角坐标系，并在所述随动直角坐标系中，根据主车位置和目标点位置建立用于表征目标点位置对主车运动影响的目标点引力势场，根据主车位置、障碍物位置和目标点位置建立用于表征障碍物对主车运动影响的障碍物斥力势场；

S3、计算主车在目标点引力势场和障碍物斥力势场组合成的复合场中的合力；

S4、S4、若所述合力不为0，则以主车所在位置为圆心，设定步长为半径作第一参考圆，以主车为起点，将主车沿合力方向指向第一参考圆上的点作为主车运动的下一个轨迹点p₁，根据轨迹点p₁确定主车的避障路径，控制主车按照避障路径行驶进行避障；

若所述合力为0，则以主车所在位置为圆心，设定步长为半径作第二参考圆，以障碍物为圆心，以主车与障碍物之间距离为半径作第三参考圆，将第二参考圆与第三参考圆的交点作为主车运动的下一个轨迹点p₂，根据轨迹点p₂确定主车的避障路径，控制主车按照避障路径行驶进行避障。

现有的人工势场法在规划无人车避障路径时，存在势场合力为0导致的局部最优问题，本发明在判断合力势场为0后，激发绕圆避障1使主车逃离局部最优。绕圆避障1指：以障碍物为圆心，以主车与障碍物之间的距离为半径作圆，确定该圆上距离主车设定步长的点作为下一轨迹点，主车沿当前位置与该轨迹点之间的圆弧行驶。通过绕圆避障1能够解决局部最优问题，提高无人车避障路径规划的可靠性。