[發明專利]一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201910746277.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110362096B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 梁忠超;張歡
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B13/04
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明屬于無人駕駛汽車路徑規劃技術領域，尤其涉及一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法。該方法根據道路上障礙物車輛的不同位置與其不同相應的工況，來進行最優參考軌跡的選取并進行動態的軌跡規劃。分析無人車換道意圖的產生與換道可執行的條件，根據對周圍障礙車位置以及速度的預測在決定避障換道的初始時刻擬合出局部最優換道軌跡，進而把這條最優軌跡作為局部參考軌跡。生成無人車可行駛的軌跡簇，并將設計出的速度距離成本代價函數與損失函數相結合，利用非線性模型預測控制篩選出軌跡簇中的最優軌跡。該方法能夠在多種復雜工況下實現避障、換道與超車，而且兼顧了無人車中乘客的舒適性與道路行駛效率等性能。

技術領域

本發明屬于無人駕駛汽車路徑規劃技術領域，尤其涉及一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法。

背景技術

伴隨著時代的進步與發展，無人駕駛技術從根本上帶來了社會的變革，無人駕駛可以從本質上改變人們的生活方式與出行方式，十分智能化。無人駕駛車輛是智能交通系統中的重要組成部分，由于無人駕駛車輛融合了環境感知、定位、決策、跟蹤控制等眾多領域，具有反應靈敏、行駛安全可靠等優點，可以有效降低交通事故發生率，提高道路的車輛行駛效率。目前，很多國內外高端科技公司致力于無人車技術的研發，如百度、谷歌、通用、特斯拉等都投入了巨大的精力。

軌跡規劃是車輛實現無人駕駛的關鍵技術之一。軌跡規劃可以在車路協同的基礎上規劃出有效的行駛路徑，以此來實現無人車的超車與避障功能。一般而言，無人車的路徑規劃分為全局路徑規劃與局部路徑規劃，全局路徑規劃是規劃了全局范圍的、從起點到終點的行駛路徑；而局部路徑規劃則是根據無人車輛在行駛過程中根據道路等周圍環境信息以及動態的變化來進行重新規劃局部路徑。由于無人車的路徑規劃算法都是從機器人相關領域而來并進行了一定的改進，所以目前主要應用的算法有A*算法、Dijkstra算法、啟發式算法、RRT算法、人工勢場法等。

現有的無人車路徑規劃算法中，一般都是基于給定的障礙物車輛工況進行的軌跡規劃研究，而且很少考慮無人駕駛車輛在避障換道時乘客的舒適性與道路行駛效率。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有存在的技術問題，本發明提供一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法，能夠在多種復雜工況下實現避障、換道與超車，而且兼顧了無人車中乘客的舒適性與道路行駛效率等性能。

(二)技術方案

本發明提供一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法，包括如下步驟：

A1、分別獲取無人車和障礙車的狀態參數，根據所述狀態參數判斷無人車是否達到產生換道動機的條件，若達到產生換道動機的條件，則繼續判斷是否滿足換道條件，若滿足換道條件，則執行步驟A2；若達不到產生換道動機的條件，或不滿足換道條件，則無人車減速或保持當前跟馳狀態；

A2、根據所述無人車的狀態參數和預設的無人車左側待換道車道無障礙車輛的距離范圍，并結合無人車的動力性能指標，得到局部最優換道軌跡，作為參考軌跡；

A3、根據所述障礙車的狀態參數，結合汽車動力學響應，預測無人車左側待換道車道障礙車的行駛軌跡；

A4、根據所述無人車的狀態參數和無人車左側待換道車道障礙車的行駛軌跡，預測無人車的換道行駛軌跡；

A5、基于所述參考軌跡，結合車輛動力學約束和成本代價函數值最小的原則，利用非線性模型預測控制對所述無人車的換道行駛軌跡進行重規劃，得到最優換道軌跡；

A6、將步驟A3-A5不斷進行迭代計算，得到最終換道軌跡。

進一步地，所述狀態參數包括無人車和障礙車的位置、運動方向、行駛速度和加速度。

進一步地，所述產生換道動機的條件滿足以下公式：