[發明專利]一種自動駕駛車輛路徑與速度高度耦合的軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201910986350.2
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110703754B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 徐燦;趙萬忠;周小川;王春燕;陳青云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種自動駕駛車輛路徑與速度耦合的軌跡規劃方法，屬于自動駕駛領域，包括：1）獲取自車及周圍車輛的運動狀態信息；2）根據自車當前狀態信息，分別建立車輛的候選路徑模型和候選速度模型，得到路徑和速度單獨規劃的輸入加速度序列；3）建立一個以車輛切向加速度和法向加速度為輸入，速度、橫擺角、坐標為輸出的點運動模型，用矩陣的形式將輸入序列耦合在一起作為該模型輸入，從而得到耦合候選軌跡序列；4）利用RMSProp優化器實時獲取當前時刻車輛最優的軌跡，將該軌跡對應的控制量作為輸入，即實現路徑與速度的耦合規劃。本發明解決了現有技術中自動駕駛車輛在進行軌跡規劃時速度與路徑間相耦合的問題。

技術領域

本發明屬于車輛自動駕駛技術領域，尤其涉及一種自動駕駛車輛路徑與速度高度耦合的軌跡規劃方法。

背景技術

近些年來，交通事故頻發、交通擁堵加劇以及疲勞駕駛依然沒有得到有效緩解，使得國內外對于車輛自動駕駛的需求變得越來越迫切。目前對于自動駕駛車輛的研究主要包括環境感知，決策規劃及控制執行三個部分。隨著傳感器精度的提高，芯片計算能力的突破以及車輛線控轉向、線控制動等新技術的出現，車輛對于周圍環境的感知能力以及對底層執行器的控制精度得到了很大的提升，而軌跡規劃方法作為其中的關鍵部分，對于車輛行駛的安全性，高效性及乘坐舒適性都有很大的影響。

車輛軌跡規劃是一種復雜的決策行為，主要根據環境感知得到的周圍交通信息以及自車的運動狀態來決策出一條安全高效無碰撞的軌跡。并且所規劃出的軌跡要充分考慮車輛的運動學約束使得在進行底層控制時能順利跟蹤規劃的軌跡。具體對于車輛的行駛軌跡規劃，主要包括由方向盤控制的車輛路徑的規劃，和由油門踏板控制的車輛速度的規劃。

目前對于軌跡規劃的研究主要停留在兩類，一類是對于車輛路徑和速度的單獨規劃，如車輛自動換道系統主要保持速度不變，僅僅規劃路徑進行換道超車；而自動跟車系統則保持路徑不變，主要通過規劃速度來進行跟車過程。另一類則是在規劃好路徑的基礎上，粗糙的在各時刻點指定速度序列，這使得所規劃出的軌跡比較生硬，不夠光滑靈活。因此，一個能將速度與路徑高度耦合在一起的路徑規劃方法對于提高自動駕駛車輛的安全性，舒適性顯得尤其重要。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種自動駕駛車輛路徑與速度高度耦合的軌跡規劃方法，以解決現有技術中自動駕駛車輛在進行軌跡規劃時速度與路徑間相耦合的問題；本發明的方法使車輛在換道超車，減速避讓等工況下能實時規劃出一條安全、高效、平穩的軌跡。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種自動駕駛車輛路徑與速度高度耦合的軌跡規劃方法，包括步驟如下：

1)獲取自車的運動狀態信息及周圍車輛的相對運動狀態信息；

2)根據自車當前運動狀態信息，分別建立自車的候選路徑模型和候選速度模型；得到以車輛的法向加速度序列為輸入，橫擺角為輸出的路徑序列；以及切向加速度序列為輸入，速度為輸出的速度序列；

3)建立一個以車輛切向加速度序列和法向加速度序列為輸入，速度、橫擺角、坐標為輸出的點運動模型，并將上述兩個序列的輸入利用矩陣的方式耦合起來，輸入到該點運動模型即可得到速度與路徑相耦合的候選軌跡序列；

4)利用RMSProp優化器實時獲取當前時刻車輛最優的軌跡，將該軌跡對應的控制量作為輸入，即實現路徑與速度的耦合規劃。

進一步的，所述步驟1)中通過GPS獲取的自車的運動狀態信息為：其中，是自車的縱向位置，是自車的側向位置，是自車的橫擺角，是自車的速度，是自車的橫擺角速度，是自車的加速度，是自車的角加速度；通過毫米波雷達和激光雷達獲取周圍車輛的相對運動信息為其中，Δs_t，Δl_t，分別是周圍車輛相對于自車的相對縱向位置，相對橫向位置，相對橫擺角，是周圍車輛的速度，是周圍車輛的橫擺角，是周圍車輛的加速度，是周圍車輛的角加速度。