[发明专利]一种控制虚拟力方向的智能车路径规划方法

说明书

本发明公开了一种控制虚拟力方向的智能车路径规划方法，针对传统人工势场法在智能车路径规划领域中目标不可达和易陷入局部最小值点等缺陷，改进了人工势场，包括目标点虚拟引力势场、障碍物虚拟斥力势场和道路边界虚拟斥力势场；其中目标点虚拟引力势场分为两个作用区域，障碍物虚拟斥力势场被优化成椭圆形作用区域，道路边界虚拟斥力势场中加入车道间虚线势场。该方法在改进人工势场的虚拟力场中通过控制目标点对智能车的虚拟引力方向和障碍物对智能车的虚拟斥力方向，将两者控制在相互垂直的方向上，避免虚拟合力为0而使得智能车陷入局部最小值点，确保智能车能顺利避开障碍物到达目标点，算法简单实时性好。

技术领域

本发明涉及智能车路径规划领域，具体涉及一种控制虚拟力方向的智能车路径规划方法。

背景技术

传统人工势场算法逻辑简洁，模型结构简单，通过构建目标点虚拟引力势场和障碍物虚拟斥力势场，智能车沿虚拟合力的方向前进。常见的障碍物车辆势场为圆形域场，当场域满足覆盖障碍物车辆在横向上所需的安全距离时，会增大智能车在侧向上不必要的安全距离；在道路边界势场的设置上只考虑道路两边界，而未设置车道间虚线的势场，存在智能车占双车道行驶的问题；当智能车、障碍物和目标点在同一直线上时，易陷入局部最小值点，其根本原因在于智能车受到的虚拟斥力与虚拟引力反向，在某一点处大小相等，导致智能车所受虚拟合力为0而无法前进。

针对上述传统人工势场在智能车路径规划中存在的问题，可将障碍物势场优化为椭圆形作用区域来减少智能车的侧向安全距离；可在道路边界势场中增加车道间虚线势场来避免智能车占双车道行驶；而针对局部最小值问题，李宇昊等发明了一种基于逃逸力模糊控制的人工势场路径规划方法(CN201911086388.0)，当检测到智能车陷入局部最小值点时，该方法通过增加逃逸力，并对逃逸力进行模糊控制，来帮助智能车逃离局部最小值点，但其增加了算法整体的复杂度；徐劲力等发明了一种基于改进人工势场法的路径规划方法、装置及设备(CN202010690134.6)，当检测到智能车陷入局部最小值点时，通过使用变步长的模拟退火算法，帮助智能车逃离局部最小值点，但增加了算法的计算量和复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中所提到的人工势场路径规划问题，提供一种控制虚拟力方向的智能车路径规划方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种控制虚拟力方向的智能车路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1)，获取当前路段全局环境信息，建立坐标系，定义与道路平行的方向为X轴，与道路垂直的方向为Y轴，两车道间虚线对应Y轴0坐标，智能车起点向车道虚线所作的垂线与车道虚线交点为坐标原点；所述全局环境信息包括智能车起点位置、障碍物位置以及目标点位置，所述障碍物位置包含动态障碍物车辆的位置和静态障碍物的位置；

步骤2)，根据建立的坐标系获取当前路段的道路信息，构建目标点虚拟引力势场、障碍物虚拟斥力势场以及道路边界虚拟斥力势场，其中，目标点虚拟引力势场用于引导智能车向目标点前进；障碍物虚拟斥力势场用于引导智能车在行驶过程中避开障碍物；道路边界虚拟斥力势场用于限制智能车不跨越车道边界同时也不占用双车道行驶；道路边界虚拟斥力势场所产生的虚拟斥力方向与X轴垂直；

步骤3)，根据智能车实时位置所受虚拟斥力和虚拟引力情况，执行虚拟引力和虚拟斥力的方向控制策略，直至智能车进入预定目标位置，其中，虚拟引力和虚拟斥力的方向控制策略具体如下：

步骤3.1)，目标点对智能车的虚拟引力方向，通过智能车与目标点的欧式距离Δd来控制，以半径为d₀的圆将目标点势场的作用区域划分为两个区域，当Δdd₀，将目标点对智能车的虚拟引力方向控制为沿X轴正向；当Δdd₀，则将目标点对智能车的虚拟引力方向控制为由智能车指向目标点的方向；