[发明专利]一种用于车辆模型的路径规划系统及方法

权利要求书

1.一种用于车辆模型的路径规划系统，其特征在于，包括：

地图生成单元，用于生成可供路径规划的栅格地图；

感知单元，用于感知并检测车辆模型周围障碍物信息；

融合定位单元，用于对车辆模型进行定位；

全局路径生成单元，用于生成初始点至目标点的全局路径；所述全局路径由一系列路径点组成，将路径点集成在一起就是一条路径；

局部路径跟随单元，用于跟踪上述全局路径并进行车辆模型的速度参数修正值输出；所述速度参数包括：车辆模型的前轮偏角、行驶线速度、加速度；

车辆模型运动控制单元，用于将上述输出的速度参数修正值作为输入对车辆模型进行运动控制；

其中，融合定位单元将定位信息输入给全局路径生成单元；感知单元将障碍物信息输入给全局路径生成单元；地图生成单元将地图信息输入给全局路径生成单元；全局路径单元接受信息后输出全局路径，并将该全局路径输入给局部路径跟随单元；局部路径跟随单元接受全局路径之后生成速度参数修正值；局部路径跟随单元输入所述速度参数修正值给车辆模型；运动控制单元以控制车辆模型的运动；

所述感知单元将所述障碍物信息输入给所述融合定位单元，以配合融合定位单元将车辆模型进行定位；

所述感知单元将所述障碍物信息输入给所述地图生成单元，辅助所述地图生成单元进行实时更新；

所述全局路径生成单元采用hybrid_astar算法生成初始点至目标点的全局路径；

首先初始化openlist列表，获取起始点和目标点的车辆运动模型的状态量为(x,y,θ,k,δ),(x,y)为车辆模型位置坐标，θ为车辆模型的朝向，k为转向曲率，δ为前轮偏角控制量；其中，所述Openlist列表用来存放车辆模型当前位置周围可以被考虑的全局路径的路径点的数据集合；

从open list列表中找到代价值cost价值最小的节点作为父节点，并计算G和H的值；其中，G代表从初始结点到当前点的实际代价值；H代表从当前点到目标点的预期花费估计代价值；

然后判断是否到达目标点，如若到达则对路径进行平滑处理，然后输出路径点，没有到达则继续搜索；

其中，H值的计算方法如下:

Reeds-Shepp曲线、Dubins曲线、曼哈顿距离三种cost解算出来的最大值来作为上述hybrid_astar的预期花费估计代价值；

其中Reeds-Shepp曲线由几段半径固定的圆弧和一段直线段拼接组成，而且圆弧的半径就是车辆模型的最小转向半径，它是车辆模型行驶的最短路径；

Dubins曲线和Reeds-Shepp曲线相比，多了一个约束条件：车辆模型只能朝前开，不能后退；

其中，平滑处理如下：

将路径中各点的曲率、平滑度、与障碍之间的距离进行约束，建立函数后采用共轭梯度下降法对目标函数求极值从而得到更平滑的路径，以对路径进行平滑处理；建立的目标函数为：

该式由三个多项式相加，式中A，B，C为各项所占权重，x_i为路径点，n为路径点数量，o_i为x_i最近的障碍物的位置，d为节点距离障碍点的安全距离，当x_i-o_id时第一个多项式起作用；第二个多项式对路径进行了平滑，Δx_i＝x_i-x_i-1；k_i为曲率，当k_i＝k_max时第三个多项式梯度取0，A＝1,B＝0.2,C＝0.4。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知单元包括摄像头、激光雷达；所述摄像头检测的信息以及激光雷达扫描到的信息形成点云数据被上传到上位机；所述上位机将接收到的信息分别输入给所述融合定位单元、所述地图生成单元、全局路径生成单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地图生成单元实时更新上述栅格地图；

所述地图生成单元设置有初始的静态地图，后通过输入map_server算法包生成的栅格地图，对地图进行二值化，通过点云数据投影到当前的栅格地图上生成新的占据栅格地图，然后与之前的静态地图叠加。