【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及清掃車自動(dòng)駕駛控制，尤其涉及一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在設(shè)計(jì)防止清掃車碰撞的主動(dòng)安全技術(shù)時(shí)，通常會(huì)通過圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)清掃車前方固定區(qū)域內(nèi)的障礙物，若固定區(qū)域內(nèi)存在行人或車輛等常見障礙物時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就進(jìn)行警報(bào)提示，車上駕駛員聽到警報(bào)提示后采取制動(dòng)措施。清掃車上的主動(dòng)安全系統(tǒng)一般不會(huì)主動(dòng)制動(dòng)，即使主動(dòng)制動(dòng)也只會(huì)采取簡(jiǎn)單的制動(dòng)邏輯，即在圖像的固定區(qū)域檢測(cè)到行人或車輛時(shí)直接進(jìn)行緊急制動(dòng)，來保障車輛的安全行駛。這種方法只適合低速場(chǎng)景，在清掃車速度較低的場(chǎng)景下，清掃車的主動(dòng)安全系統(tǒng)可以及時(shí)的在碰撞到障礙物前安全停止下來。隨著清掃車速度增加，此種方法的安全性將迅速降低。且此種方法無法處理非常規(guī)障礙物，若遇到非常規(guī)障礙物車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)則會(huì)失效。除此之外，這種方法只會(huì)剎停車輛，無法做到避讓動(dòng)作，也無法計(jì)算周圍行人車輛的未來一段時(shí)間的動(dòng)作軌跡，進(jìn)行提前避讓。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法和系統(tǒng)，專門用于清掃車高速場(chǎng)景下防止清掃車碰撞的主動(dòng)安全控制技術(shù)。
2、第一方面，本專利技術(shù)提供一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，應(yīng)用于無人駕駛清掃車的車輛速度大于設(shè)定車速時(shí)，包括：
3、通過車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算無人駕駛清掃車在未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的軌跡；
4、將軌跡分別向兩側(cè)擴(kuò)展設(shè)定距離形成帶狀的通行區(qū)域；將通行區(qū)域沿軸線方向分
5、在構(gòu)建通行區(qū)域、劃分避障區(qū)域和減速區(qū)域的同時(shí)，感知周圍行人、障礙物和車輛，對(duì)周圍行人和車輛進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)；
6、當(dāng)減速區(qū)域內(nèi)存在障礙物或周圍行人和車輛的預(yù)測(cè)軌跡時(shí)，則將清掃車進(jìn)行減速至目標(biāo)速度后勻速運(yùn)行；若避障區(qū)域內(nèi)存在障礙物時(shí)則對(duì)障礙物進(jìn)行規(guī)避動(dòng)作或停止移動(dòng)，直至避障區(qū)域內(nèi)不存在障礙物；若避障區(qū)域內(nèi)存在周圍行人和車輛的預(yù)測(cè)軌跡則對(duì)車輛進(jìn)行減速至目標(biāo)速度后勻速運(yùn)行。
7、更進(jìn)一步的，通過車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算無人駕駛清掃車在未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的軌跡包括：
8、獲取車輛位姿信息，車輛位姿信息包括車輛位置信息和橫擺角；
9、獲取車輛狀態(tài)信息，所述車輛狀態(tài)信息包括車輛質(zhì)量、車輛速度、加速度、車輛橫擺角速度、車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輛前輪轉(zhuǎn)角；
10、根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)模型更新車輛的橫擺角、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 x軸上的分量、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 y軸上的分量和車輛橫擺角速后，用每次更新的參數(shù)遞推車輛在世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)和車輛在世界坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)得到軌跡，公式如下：
11、；
12、；
13、式中，為 k時(shí)刻車輛在世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)；為 k時(shí)刻車輛在世界坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)；為車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 x軸上的分量；為車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 y軸上的分量；為 k時(shí)刻車輛的橫擺角，即車輛縱向軸線與世界坐標(biāo)系 x軸的夾角；為相鄰兩個(gè)軌跡點(diǎn)之間的時(shí)間間隔；為 k時(shí)刻車輛橫擺角速度。
14、更進(jìn)一步的，車輛動(dòng)力學(xué)模型更新車輛的橫擺角、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 x軸上的分量、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系 y軸上的分量和車輛橫擺角速度的方式如下：
15、；
16、；
17、；
18、；
19、式中，為車輛加速度；為車輛質(zhì)量；為車輛前輪受到的縱向力；為車輛前輪受到的橫向力；為車輛后輪受到的橫向力；為質(zhì)心到前軸的距離；為質(zhì)心到后軸的距離；為車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
20、更進(jìn)一步的，根據(jù)車輛前輪轉(zhuǎn)向角，車輛結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算車輛前后輪受到的橫向力，計(jì)算方式如下：
21、；
22、；
23、式中，為車輛前輪側(cè)向力；為車輛后輪側(cè)向力；為前輪輪胎的側(cè)偏剛度；為后輪輪胎的側(cè)偏剛度；為車輛前輪轉(zhuǎn)角。
24、更進(jìn)一步的，通行區(qū)域的寬度為車身寬度，通行區(qū)域的長(zhǎng)度如下，式中，為通行區(qū)域總長(zhǎng)度；為車輛速度系數(shù)；為當(dāng)前車輛速度；為最小通行區(qū)域長(zhǎng)度。
25、更進(jìn)一步的，減速區(qū)域的長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)定的車輛減速過程的加速度和車輛減速狀態(tài)最小速度確定，公式如下：，式中，為減速區(qū)域長(zhǎng)度；為車輛減速狀態(tài)最小速度；為設(shè)置的車輛減速過程的加速度，為當(dāng)前車輛速度；
26、則避障區(qū)域長(zhǎng)度計(jì)算公式為：，式中，為避障區(qū)域長(zhǎng)度，為通行區(qū)域總長(zhǎng)度。
27、更進(jìn)一步的，車輛減速過程的加速度在減速開始和減速結(jié)尾按tanh函數(shù)平緩的變化，中間加速度為車輛減速過程的加速度，通過加速度變化曲線和初末速度確定調(diào)整時(shí)間，基于加速度變化曲線、初速度和調(diào)整時(shí)間積分計(jì)算避障區(qū)域長(zhǎng)度。
28、第二方面，本專利技術(shù)提供一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制系統(tǒng)，包括：
29、軌跡生成模塊，所述軌跡生成模塊通過車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算無人駕駛清掃車在未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的軌跡；
30、通行區(qū)域構(gòu)建模塊，所述通行區(qū)域構(gòu)建模塊將軌跡生成模塊輸出的軌跡分別向兩側(cè)擴(kuò)展設(shè)定距離形成帶狀的通行區(qū)域；并將通行區(qū)域沿軸線方向分為兩部分，距離無人駕駛清掃車較遠(yuǎn)的一部分為減速區(qū)域，距離無人駕駛清掃車較近的區(qū)域?yàn)楸苷蠀^(qū)域；
31、感知模塊，所述感知模塊感知周圍行人、障礙物和車輛；
32、軌跡預(yù)測(cè)模塊，所述軌跡預(yù)測(cè)模塊對(duì)感知模塊所感知的周圍行人和車輛的軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)；
33、決策模塊，所述決策模塊根據(jù)障礙物與通行區(qū)域的位置關(guān)系，行人和車輛軌跡與通行區(qū)域的位置關(guān)系進(jìn)行決策，包括：當(dāng)減速區(qū)域內(nèi)存在障礙物或周圍行人和車輛的預(yù)測(cè)軌跡時(shí)，則將清掃車進(jìn)行減速至目標(biāo)速度后勻速運(yùn)行；若避障區(qū)域內(nèi)存在障礙物時(shí)則對(duì)障礙物進(jìn)行規(guī)避動(dòng)作或停止移動(dòng)，直至避障區(qū)域內(nèi)不存在障礙物；若避障區(qū)域內(nèi)存在周圍行人和車輛的預(yù)測(cè)軌跡則對(duì)車輛進(jìn)行減速至目標(biāo)速度后勻速運(yùn)行。
34、更進(jìn)一步的，所述軌跡生成模塊連接定位模塊和車輛控制模塊；所述決策模塊連接車輛控制模塊；
35、所述定位模塊向軌跡生成模塊輸出車輛位姿信息，車輛位姿信息包括車輛位置信息和橫擺角；所述車輛控制模塊向軌跡生成模塊輸出車輛狀態(tài)信息，所述車輛狀態(tài)信息包括車輛質(zhì)量、車輛速度、加速度、車輛橫擺角速度、車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輛前輪轉(zhuǎn)角；
36、所述決策模塊將決策傳輸給車輛控制模塊執(zhí)行。
37、第三方面，本專利技術(shù)提供一種高速狀態(tài)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，應(yīng)用于無人駕駛清掃車的車輛速度大于設(shè)定車速時(shí)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，通過車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算無人駕駛清掃車在未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的軌跡包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，車輛動(dòng)力學(xué)模型更新車輛的橫擺角、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系x軸上的分量、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系y軸上的分量和車輛橫擺角速度的方式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，根據(jù)車輛前輪轉(zhuǎn)向角，車輛結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算車輛前后輪受到的橫向力，計(jì)算方式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，通行區(qū)域的寬度為車身寬度，通行區(qū)域的長(zhǎng)度如下，式中，為通行區(qū)域總長(zhǎng)度；為車輛速度系數(shù)；為當(dāng)前車輛速度；為最小通行區(qū)域長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，減速區(qū)域的長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)定的車輛減速
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，車輛減速過程的加速度在減速開始和減速結(jié)尾按tanh函數(shù)平緩的變化，中間加速度為車輛減速過程的加速度；通過加速度變化曲線和初末速度確定調(diào)整時(shí)間，基于加速度變化曲線、初速度和調(diào)整時(shí)間積分計(jì)算避障區(qū)域長(zhǎng)度。
8.一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制系統(tǒng)，其特征在于，所述軌跡生成模塊連接定位模塊和車輛控制模塊；所述決策模塊連接車輛控制模塊；
10.一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制裝置，其特征在于，包括：至少一處理單元，通過總線單元將處理單元、存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元作為一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，可用于存儲(chǔ)軟件程序、計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序以及模塊，所述處理單元通過運(yùn)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的軟件程序、計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序以及模塊，從而實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，應(yīng)用于無人駕駛清掃車的車輛速度大于設(shè)定車速時(shí)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，通過車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算無人駕駛清掃車在未來設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的軌跡包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，車輛動(dòng)力學(xué)模型更新車輛的橫擺角、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系x軸上的分量、車輛質(zhì)心速度在世界坐標(biāo)系y軸上的分量和車輛橫擺角速度的方式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，根據(jù)車輛前輪轉(zhuǎn)向角，車輛結(jié)構(gòu)性能參數(shù)計(jì)算車輛前后輪受到的橫向力，計(jì)算方式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，通行區(qū)域的寬度為車身寬度，通行區(qū)域的長(zhǎng)度如下，式中，為通行區(qū)域總長(zhǎng)度；為車輛速度系數(shù)；為當(dāng)前車輛速度；為最小通行區(qū)域長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速狀態(tài)下的無人駕駛清掃車避障控制方法，其特征在于，減速區(qū)域的長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)定的車輛減速過程的加速度和車輛減速狀態(tài)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳雪梅，張穎，熊思穎，肖龍，董憲元，薛楊武，沈曉旭，趙小萱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)前沿技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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