[发明专利]一种基于动态窗口的多虚拟目标点全局动态路径规划算法

说明书

本发明涉及一种基于动态窗口的多虚拟目标点全局动态路径规划算法，将动态窗口法应用在全局路径规划方向，改进传统全局规划路径不连续不平滑的缺陷。具体操作是通过增加多个虚拟目标点、在特殊位置更新无人车的航向角并加入了随机障碍物，实现了无人车的全局动态路径规划，并将其应用在“中国大学生无人驾驶方程式大赛”中的绕“8”赛道等复杂环境下。MATLAB仿真结果表明无人车能够有效的避开随机出现的障碍物，并安全稳定地完成全局路径的规划与追踪。

技术领域

本发明涉及无人驾驶导航技术领域，特别是一种基于动态窗口的多虚拟目标点全局动态路径规划算法。

背景技术

无人车路径规划就是在综合考虑行驶时间、速度、油耗和安全等因素的前提下，为无人车规划出最优的行驶轨迹。无人车为了完成在复杂道路上的安全行驶，其自主移动能力是其基础，其中路径规划和导航是保证无人车自主移动能力的核心算法，是体现车辆智慧水平的关键所在。

从路径规划的目标范围看，通常分为全局路径规划和局部路径规划；从规划环境是否随时间变化方面看，还可以分为静态路径规划和动态路径规划。全局路径规划通常假设环境信息完全已知，在无人车运动之前，离线计算出一条从起点到终点的路径；但是环境并不是一成不变的，当环境信息改变时全局路径规划方法并不能快速规划出一条安全可行的路径。由于局部路径规划方法有计算量小，实时性好，规划轨迹圆滑等优点，目前通常采用把全局与局部路径规划结合的二层避障结构，在第一层，通过已知的环境信息(一般为地图)，离线规划出一条从起点到目标点代价值(油耗或者时间)最小的路径，该路径不需平滑但应能避开地图上已知的静态障碍物；在第二层，无人车沿着第一层规划的路径行驶，当在行驶过程中通过传感器检测到新的障碍物时，再通过获得的障碍物详细的位置信息进行局部在线避障。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于动态窗口的多虚拟目标点全局动态路径规划算法，能够有效地避开随机出现的障碍物，并安全稳定地完成全局路径的规划与追踪。

本发明采用以下方案实现：一种基于动态窗口的多虚拟目标点全局动态路径规划算法，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取障碍物坐标信息、无人车运动模型和初始状态信息；

步骤S2：设置多个虚拟目标点goal；

步骤S3：判断虚拟目标点与无人车当前时刻的空间位置，选择合适的航向角；

步骤S4：随机产生障碍物；

步骤S5：根据采样的线速度和角速度，计算动态速度窗口；

步骤S6：判断是否需要开始避障；

步骤S7：在动态窗口中计算可达的速度矢量；

步骤S8：在可达的速度矢量窗口中，根据评价函数选择最佳避障速度矢量；

步骤S9：输出最佳避障速度的大小和方向；

步骤S10：重复步骤S3至步骤S9，直至到达终点完成全局的路径追踪，并描点连线对无人车运动轨迹可视化。

进一步地，步骤S2具体为：在原来一个目标点的基础上增加多个目标点，即最后一个目标点为实际的终点，而在终点之前的所有目标点为虚拟目标点，小车在到达虚拟目标点时不会停止运动，而是接着向下一个虚拟目标点运动，并且当前虚拟目标点消失不再对无人车起导向作用，直到下一个目标点为终点，至终点时将小车的速度更新为0，从而完成全局路径的追踪行驶。

进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：无人车当前时刻的航向角是由初始航向角加上无人车角速度w_t对时间t的积分求出的，即：

yaw(t)∈[0，+∞)；