【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆运动规划，尤其是涉及一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法。
技术介绍
1、当前运动规划技术大多基于前轮转向车辆，然而由于车辆非完整性约束，前轮转向车辆只能沿圆弧行驶，这使得在有限的空间内停车变得困难。而对于规划轨迹，可追踪并能准确避开障碍物是十分必要的，这往往需要多次机动才能完成。
2、现有的停车运动规划研究主要分为优化方法和非优化方法。在非优化方法中，基于搜索的方法被广泛用于通过计算成本来找到最短路径，例如hybrid a*，但其扩展结点时仅考虑前轮转向运动学，无法应用于四轮转向车辆以提高狭窄空间的停车效率；由于能够明确地建模车辆模型、避障约束和期望，优化方法已成为一种流行的泊车规划框架，能够处理各种复杂的场景，但大多研究只使用前轮转向运动学模型，无法利用四轮转向车辆的后轮转向能力来提高灵活性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，能够提高狭窄空间泊车效率以及实现灵活准确的避障。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，包括以下步骤：
3、s1、构建车辆的四轮转向运动学模型；
4、s2、基于四轮转向运动学模型，进行hybrid a*算法的节点扩展过程，用于搜索起点到终点的带有四轮转向特性的粗轨迹；
5、s3、将泊车构建为非线性优化问题，使用obca(op
6、s4、根据泊车运动轨迹，相应控制车辆完成泊车。
7、进一步地，所述步骤s1具体是以后轴中心为参考点，建立得到车辆的四轮转向运动学模型为：
8、
9、其中，为车辆状态量，[x,y]t为后轴中心坐标，θ为航向角，v为纵向速度后轴中心处，分别为前、后轮转向角，u＝[a,ωf,ωr]t为车辆控制输入，a为后轴中心加速度，ωf,ωr分别为前后轴转向角速度，l为轴距。
10、进一步地，所述步骤s2的具体过程包括：
11、分别为前、后轮在其最大转角范围内设置固定采样值，当前、后轮转角相等且同向时车辆表现出蟹行操作，每次节点扩展过程在每个行进方向(向前或向后)上扩展n个节点；
12、使用前向欧拉法将四轮转向运动学模型离散化，假设扩展距离足够短，即可得到节点状态转移方程，用于确定出每个新节点的状态。
13、进一步地，所述节点状态转移方程如下：
14、
15、其中，s为每次节点扩展的距离，通过在节点扩展过程中应用节点状态转移方程，即可根据父节点得到每个新节点的状态。
16、进一步地，所述前轮转角的采样值设定为所述后轮转角的采样值设定为
17、进一步地，所述步骤s3中将泊车构建为非线性优化问题的过程包括：
18、s31、使用obca算法对障碍物以及避障关系进行数学建模，得到避障模型；
19、s32、补充约束以及目标函数，构建完整的泊车非线性优化问题。
20、进一步地，所述步骤s31中避障模型为：
21、
22、
23、
24、
25、for良＝0，…，n，m＝1，…，m
26、其中，λ，μ为对偶变量，a(m)，b(m)为描述第m个障碍物边界的矩阵，g＝[d，d，fl，rh]t定义自车的初始矩形边界，d代表车辆宽度的一半，fl，rh分别为后轴到车辆前后边界的距离，是旋转矩阵，t(ζ)＝[x，y]t是平移向量，n为总离散步数，m为障碍物数量，dmin为自车与障碍物间的最小允许距离。
27、进一步地，所述步骤s32中采用四轮转向运动学作为车辆非完整性约束。
28、进一步地，所述步骤s32中目标函数为停车终止时间最小化，同时设置对前轮转向角速度、后轮转向角速度、车辆加速度的惩罚项。
29、进一步地，所述步骤s32中完整的泊车非线性优化问题具体为：
30、
31、s.t.fmodel(ξk，uk)＝0
32、ξ0＝ξstart，ξn＝ξgoal
33、ξmin≤ξk≤ξmax，umin≤uk≤umax
34、
35、
36、
37、for良＝0，…，n，m＝1，…，m
38、其中，变量tf为停车终止时间，coef，coer，coea分别为惩罚前轮转向角速度、后轮转向角速度、车辆加速度项的系数。
39、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
40、本专利技术根据四轮转向运动学改进hybrid a*算法，得到新的hybrid a*-4ws(four-wheel-steer，四轮转向)算法，能够搜索得到从起点到泊位的粗略轨迹，并带有四轮转向特性如“蟹行”等；将四轮转向运动学应用于泊车的非线性优化，能够充分利用4ws车辆的机动能力，并使用obca算法进行精准地避障约束；由此将四轮转向运动学模型与运动规划算法相融合，充分利用了四轮转向车辆的灵活机动能力，能够有效提高狭窄空间泊车效率、同时保证准确的避障。
41、本专利技术根据四轮转向运动学及相应的车辆结构参数，以改进hybrid a*算法的节点扩展机理，分别为前、后轮在其最大转角范围内设置固定采样值，并且当前、后轮转角相等、同向时表现出蟹行操作，每次节点扩展过程在每个行进方向(向前或向后)一次扩展n个节点，假设扩展距离足够短，则可通过积分4ws运动学模型来得到每个新节点的状态，改进得到的hybrid a*-4ws算法能够搜索从起点到泊位(即终点)的粗轨迹，大大提高搜索能力。
42、本专利技术将泊车构建为非线性优化问题，其中车辆非完整性约束部分结合四轮转向运动学，能够充分利用4ws车辆的机动能力，为了实现尽可能短的停车时间，在构建最小化目标函数时引入变量tf来表示停车终止时间，还考虑了对控制变量(前轮转向角速度、后轮转向角速度、车辆加速度)大小的惩罚，并且使用obca避障算法对障碍物以及避障关系进行数学建模，基于粗轨迹作为初始解，能够得到最终可行、光滑、无碰撞且最短时间的泊车运动轨迹，有效地提高了泊车效率，并且效率随最大后轮转角的增加而提高。
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1.一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S1具体是以后轴中心为参考点，建立得到车辆的四轮转向运动学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程包括：
4.根据权利要求3所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述节点状态转移方程如下：
5.根据权利要求3所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述前轮转角的采样值设定为所述后轮转角的采样值设定为其中，—为前轮转角向后最大值，为前轮转角向前最大值，—为后轮转角向后最大值，为后轮转角向前最大值。
6.根据权利要求1所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S3中将泊车构建为非线性优化问题的过程包括：
7.根据权利要求6所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于
8.根据权利要求7所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S32中采用四轮转向运动学作为车辆非完整性约束。
9.根据权利要求8所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S32中目标函数为停车终止时间最小化，同时设置对前轮转向角速度、后轮转向角速度、车辆加速度的惩罚项。
10.根据权利要求9所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤S32中完整的泊车非线性优化问题具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤s1具体是以后轴中心为参考点，建立得到车辆的四轮转向运动学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述步骤s2的具体过程包括：
4.根据权利要求3所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述节点状态转移方程如下：
5.根据权利要求3所述的一种面向四轮转向车辆的狭窄空间泊车运动规划方法，其特征在于，所述前轮转角的采样值设定为所述后轮转角的采样值设定为其中，—为前轮转角向后最大值，为前轮转角向前最大值，—为后轮转角向后最大值，为后轮转角向前最大值。
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