[發(fā)明專利]一種無(wú)人駕駛車輛在十字路口的行駛軌跡規(guī)劃方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010718402.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112068545B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?chǎng)?/a>;張屹瀟;常笑涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 深圳市添源創(chuàng)鑫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44855
• 代理人: 覃迎峰

1.一種無(wú)人駕駛車輛在十字路口的行駛軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括無(wú)障礙物場(chǎng)景十字路口場(chǎng)景決策規(guī)劃步驟和障礙物十字路口場(chǎng)景決策規(guī)劃步驟；

所述無(wú)障礙物場(chǎng)景十字路口場(chǎng)景決策規(guī)劃步驟：在無(wú)障礙物十字路口場(chǎng)景中，首先根據(jù)車輛目的地確定車輛的行駛策略并在高精度地圖上得到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)路徑；然后對(duì)于不滿足車輛動(dòng)力學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)路徑進(jìn)行平滑優(yōu)化，得到最優(yōu)可行路徑；最后結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)速度，得到無(wú)障礙物環(huán)境下的最優(yōu)可行軌跡；

所述障礙物十字路口場(chǎng)景決策規(guī)劃步驟：在障礙物十字路口場(chǎng)景中，首先基于無(wú)障礙物軌跡建立三維Frenet框架，并通過(guò)感知、預(yù)測(cè)模塊得到靜態(tài)、動(dòng)態(tài)障礙物的信息；然后進(jìn)行軌跡優(yōu)化；最后得到障礙物環(huán)境下最優(yōu)可行軌跡，并循環(huán)優(yōu)化；

基于十字路口環(huán)境的駕駛特點(diǎn)，所述無(wú)障礙物十字路口場(chǎng)景決策規(guī)劃步驟包括：

步驟1：通過(guò)目的地的位置，確定車輛在十字路口環(huán)境下的行駛策略，根據(jù)車輛的行駛策略，行駛策略包括直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、掉頭，通過(guò)高精度地圖上提供的車輛定位和道路信息，生成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)路徑；

步驟2：對(duì)不滿足動(dòng)力學(xué)約束的標(biāo)準(zhǔn)路徑利用平滑優(yōu)化在其附近搜索出一條最優(yōu)的可行平滑路徑；

步驟3：車輛的行駛速度使用標(biāo)準(zhǔn)速度，將最優(yōu)的可行平滑路徑與標(biāo)準(zhǔn)速度結(jié)合，得到無(wú)障礙物可行軌跡；

在所述步驟2中，采用二次規(guī)劃的優(yōu)化方案進(jìn)行平滑優(yōu)化，二次規(guī)劃的優(yōu)化方案搜索的先決條件是確定路徑參數(shù)化方式、確定代價(jià)函數(shù)、確定線性約束，然后利用二次規(guī)劃快速收斂到最優(yōu)的可行平滑路徑；

將路徑參數(shù)化用分段高階多項(xiàng)式來(lái)表示路徑，首先以一個(gè)較大的間隔ds對(duì)于路徑的總弧長(zhǎng)進(jìn)行分割，得到n₁+1個(gè)節(jié)點(diǎn){s_i|i＝0,1,...,n₁}；然后將每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路徑用二維5階多項(xiàng)式來(lái)表示：

其中s為車輛沿路徑行駛的弧長(zhǎng)；是行駛弧長(zhǎng)與其所在多項(xiàng)式的頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行差分運(yùn)算后的結(jié)果，二維分段多項(xiàng)式的段數(shù)為n₁；A_i＝[a_i0 a_i1a_i2 a_i3 a_i4 a_i5]^T,B_i＝[b_i0 b_i1 b_i2 b_i3 b_i4 b_i5]^T為第i段高階多項(xiàng)式的系數(shù)；路徑參數(shù)化后，優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)于分段高階多項(xiàng)式系數(shù)取值的搜索，即對(duì)于最優(yōu)的系數(shù)矩陣的求解；

代價(jià)函數(shù)如下：

Cost_smooth,path＝w_s1∫(f″)²(s)+w_s2∫(f″′)²(s)+w_s3∫(g″)²(s)+w_s4∫(g″′)²(s)

其中f,g為參數(shù)化后的路徑函數(shù)，兩者二階導(dǎo)數(shù)f″,g″對(duì)應(yīng)車輛行駛的曲率，兩者的三階導(dǎo)數(shù)f″′,g″′對(duì)應(yīng)車輛行駛曲率的變化速度；w_s1,w_s2,w_s3,w_s4為權(quán)重；

所述線性約束包括搜索空間約束、節(jié)點(diǎn)約束、車輛自身約束，所述搜索空間約束是將搜索范圍限制在標(biāo)準(zhǔn)路徑的附近，目的是限制搜索區(qū)域以防出現(xiàn)搜索區(qū)域違反交通規(guī)則的情況，同時(shí)不讓優(yōu)化得到的路徑距離標(biāo)準(zhǔn)路徑過(guò)遠(yuǎn)；節(jié)點(diǎn)約束包括兩個(gè)部分，連接處約束和起始終止點(diǎn)約束，連接處約束的目的是保證分段高階多項(xiàng)式在不同段的連接處也足夠的平滑，所以需要在多項(xiàng)式段的連接處相等且一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、三階導(dǎo)數(shù)相等，起始終止點(diǎn)約束的目的是保證車輛在起始點(diǎn)處的車輛位置和朝向滿足初始和終止條件；車輛的自身約束是由于車輛自身機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制而導(dǎo)致的約束；對(duì)于路徑的平滑優(yōu)化而言，由于車輛的方向盤(pán)存在轉(zhuǎn)向范圍的約束和轉(zhuǎn)向靈敏度的約束，所以需要將車輛曲率和曲率變化速度約束在一個(gè)范圍內(nèi)，該范圍的邊界由車輛本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定。