一种无人驾驶汽车的路径跟踪方法与流程

本发明属于无人驾驶技术领域，尤其涉及一种无人驾驶汽车路径跟踪方法。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，汽车保有量急剧增加，导致道路交通环境愈来复杂，道路交通事故频发。

无人车是智能交通的一部分，能有效的缓减驾驶员的工作负荷，降低交通事故发生率，提高道路和车辆的利用率。无人车在没有人为干预情况下能自主安全到达指定目的地，其中避障和导航技术是无人车研究的两个核心问题，无论是避障还是导航技术，路径跟踪是不可避免的一个研究重点，但是目前的无人驾驶汽车的路径跟踪方法原理复杂且计算量大，且没有在嵌入式系统中实现与高精度卫星定位相结合的路径跟踪算法，导致定位不精准的问题，从而不能确保无人驾驶车辆能精准的沿我们的规划路径行驶。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种无人驾驶汽车路径跟踪方法，旨在解决现有的无人驾驶汽车的路径跟踪方法原理复杂且计算量大，且没有在嵌入式系统中实现与高精度卫星定位相结合的路径跟踪算法，导致定位不精准的问题。

本发明是这样实现的，提供一种无人驾驶汽车路径跟踪方法，所述方法该方法采用厘米级的高精度卫星对无人驾驶车辆进行差分定位，路径跟踪方法包括直线路径跟踪方法或转向路径跟踪方法；

所述直线路径跟踪方法是指基于无人驾驶汽车的当前位置与期望直线路径间的距离偏差、及车辆的航向角与期望行航向角的偏差来进行驾驶；

所述转向路径跟踪方法是基于无人驾驶汽车的当前位置偏离转向点的距离、及车辆行驶方向与转向方向的偏差进行转向行驶。

本发明实施例还提供了一种基于直线路径跟踪方法及转向路径跟踪方法的无人驾驶汽车的路径行驶方法，所述方法包括如下步骤：

s11、定时获取汽车当前位置在地图上的位置坐标；

s12、将行驶前方距该位置坐标最接近的预描点作为目标点；

s33、判断所述目标点是否为转向点，若判断结果为是，则基于转向路径跟踪方法进行驶，若判断结果为否，则基于所述直径路径跟踪方法进行行驶；

所述位置坐标是通过厘米级的高精度卫星对无人驾驶车辆进行差分定位获取的。

本发明实施例提供的路径跟踪方法的原理及计算过程简洁，计算量小，且易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与路径跟踪算法的结合，提高了路径跟踪的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无人驾驶汽车直线路径跟踪方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的直线路径跟踪示意图；

图3为本发明实施例提供的无人驾驶汽车转向路径跟踪方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的转向路径跟踪示意图；

图5为本发明实施例提供的基于直线路径跟踪方法及转向路径跟踪方法的无人驾驶汽车的路径跟踪方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例提供一种无人驾驶汽车的路径跟踪方法，该方法采用厘米级的高精度卫星对无人驾驶汽车车辆进行差分定位，路径跟踪方法包括直线路径跟踪方法或转向路径跟踪方法；

直线路径跟踪方法是指基于无人驾驶汽车车辆的当前位置与期望直线路径间的距离偏差、及车辆的航向角与期望行航向角的偏差来进行驾驶；

期望直线路径是指无人驾驶汽车当前位置前后两预描点的连线，预描点是在行驶路径上设置的路径跟踪点，预描点是根据路径中的路段曲率半径来设置预描点，若路段曲率半径大，则路段内设置的预描点多，若路段曲率半径小，则预路段内设置的预描点少。

转向路径跟踪方法是基于无人驾驶汽车当前位置偏离转向点的距离、及车辆行驶方向与转向方向的偏差进行转向行驶。

在本发明实施例中，转向方向是指转向点到下一预描点所在直线与x正轴的夹角。

本发明实施例提供的路径跟踪方法的原理及计算过程简洁，计算量小，且易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与路径跟踪算法的结合，提高了路径跟踪的准确性。

图1为本发明实施例提供的无人驾驶汽车直线路径跟踪方法的流程图，该方法包括如下步骤：

s11、定时获取无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置坐标；

在本发明实施例中，通过厘米级的高精度卫星对无人驾驶汽车当前的位置进行差分定位，也称载波相位差分技术，定位精度控制在厘米级，提供更精准的汽车定位信息，提高了无人车直线路径的准确性。

s12、将行驶前方离位置坐标最接近的预描点作为目标点；

图2为本发明实施例提供的直线路径跟踪示意图，如图2所示，无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置为s点，位置坐标为(x、y)，a点为无人驾驶汽车行驶后方的第一个预描点，其在地图上的坐标为(x1、y1)，b点为行驶前方离无人驾驶汽车当前位置对应位置坐标最接近的预描点，即为目标点，其坐标为(x2、y2)。

s13、根据位置坐标与期望路径间的距离偏差、及车辆的航向角与期望行航向角的偏差来调整驾驶方向，使得无人驾驶汽车朝着期望直线路径行驶。

在本发明实施例中，位置坐标与期望路径的偏差即计算位置坐标(s点)到期望路径(ab直线)的距离，即线段ss1的距离，方期望行航向角与车辆的航向角的夹角即为图中的δ-θ，其中期望航向角是指位置坐标点到目标点的连线向量与x正轴的夹角，即图中的θ角，车辆航向角是指无人驾驶汽车行驶方向与x正轴的夹角，即图中的δ角。

在本发明实施例中，若是汽车当前的位置坐标点位于当前位置前后两预描点的连线上，则表明汽车按照期望直线路径在行驶；若汽车当前位置与连线有一定的距离，则需监控汽车当前位置坐标点与连线之间的距离，保持该距离不能偏大，偏大则说明偏离期望直线路径越远；同时需要监控汽车的航向角与期望行航向角的夹角，夹角越来越小，则说明车辆在向着下一节点的方向前进，若夹角越来越大，则说明车辆偏离期望直线路径的行驶方向。

在本发明实施例中，步骤s13具体包括如下步骤：

s131、定时计算位置坐标到期望路径的距离、及期望行航向角与车辆的航向角的夹角值；

s132、将当前计算的距离值及夹角值分别与前一次获取的距离值及夹角值进行比较，若当前获取的距离值及夹角值均减小，则保持行驶方向不变，若当前获取的距离值及夹角值均增大，则朝距离值及夹角值减小的方向行驶。

本发明实施例提供的直线路径跟踪方法的原理及计算过程简洁，计算量小，且易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与直线路径跟踪算法的结合，提高了直线路径跟踪的准确性。

图3为本发明实施例提供的无人驾驶汽车转向路径跟踪方法的流程图，该方法包括如下步骤：

s11、定时获取无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置坐标；

在本发明实施例中，通过厘米级的高精度卫星对无人驾驶汽车当前的位置进行差分定位，也称载波相位差分技术，定位精度控制在厘米级，提供更精准的汽车定位信息，提高了无人驾驶车直线路径的准确性。

s12、将行驶前方距该位置坐标最接近的预描点作为目标点；

图4为本发明实施例提供的转向路径跟踪示意图，如图4所示，无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置为i点，位置坐标为(x0、y0)，c点为无人驾驶汽车行驶后方的第一个预描点，其在地图上的坐标为(x3、y3)，z点为行驶前方离无人驾驶汽车当前位置对应位置坐标最接近的预描点，即为目标点，其坐标为(x4、y4)，d点为目标点的下一个预描点，其在地图上的坐标为(x5、y5)。

s23、若该目标点为转向点，则根据位置坐标偏离转向点的距离、及车辆行驶方向与转向方向的偏差进行转向行驶，使得无人驾驶汽车朝着预设的转向路径行驶。

在本发明实施例中，转向方向是指转向点到下一预描点所在直线的方向，转向方向与x正轴的夹角即为图示的ψ角，转向路径即为转向点到下一预描点所在直线，若汽车当前的位置坐标与转向点的距离l1越来越小，则表明车辆朝着规划的转向点z行驶，如果距离值l1越来越大，则表明车辆偏离了预设的转向路径，需要马上进行调节；同时，需要检测汽车行驶方向与转向方向的夹角β，如果夹角β变小，则表明汽车向着转向方向行驶，因此，根步骤s23具体包括如下步骤：

s231、定时计算位置坐标到转向点的距离、及汽车行驶方向与转向方向的夹角值；

在本发明实施例中，位置坐标点i到转向点z的距离l1计算公式如下：

s232、将当前计算的距离值及夹角值与前一次获取的距离值及夹角值进行比较，判断当前获取的所述距离值及夹角值是否增大，若增大，则使车辆朝距离值及夹角值减小的方向行驶，否则，则保持行驶方向不变。

本发明实施例提供的转向路径方法原理及计算过程简洁，计算量小，易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与转向路径跟踪算法的结合，提高了转向路径跟踪的准确性。

图5为本发明实施例提供的基于直线路径跟踪和转向路径跟踪的无人驾驶汽车的路径跟踪方法的流程图，该方法包括如下步骤：

s11、定时获取无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置坐标；

在本发明实施例中，通过厘米级的高精度卫星对无人驾驶汽车当前的位置进行差分定位，也称载波相位差分技术，定位精度控制在厘米级，提供更精准的汽车定位信息，提高了无人车直线路径的准确性。

s12、将行驶前方距该位置坐标最接近的预描点作为目标点；

在本发明实施例中，预描点是根据路径中的路段曲率半径来设置，路段曲率半径大，则路段内设置的预描点多，路段曲率半径小，路段内设置的预描点少。

s33、判断所述目标点是否为转向点，若判断结果为是，则基于上述转向路径跟踪方法进行行驶，若判断结果为否，则基于上述直线路径跟踪方法进行行驶；

在本发明实施例一中，转向点的判断包括如下步骤：

s331、计算前一转向点到目标点的连线向量与目标点到下一预描点的连线向量间的夹角α1；

s332、比较夹角α1与预先设定阈值角度φ的大小，若α1≤φ，则目标点为非转向点；若α1＞φ，则目标点为转向点。

在本发明实施例二中，转向点的判断包括如下步骤：

s333、计算前一预描点到目标点的连线向量与目标点到下一预描点的连线向量的夹角α2；

s334、比较夹角α2与预先设定阈值角度φ的大小，若α2≤φ，则目标点为非转向点；若α2＞φ，则目标点为转向点。

本发明实施例提供的路径行驶方法是基于上述的转向路径跟踪方法及直线路径跟踪方法，对于转向路段采用转向路径跟踪方法，对于直线路段采用直线路径跟踪方法，实现原理及计算过程简洁，计算量小，易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与转向路径跟踪算法及直线路径跟踪算法的结合，提高了路径跟踪的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。