[發(fā)明專利]一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110091040.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN112965476B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛建儒;張琳;馬超;李庚欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，包括搜索空間建立模塊、候選軌跡生成模塊和最優(yōu)軌跡選擇模塊；搜索空間建立模塊、候選軌跡生成模塊和最優(yōu)軌跡選擇模塊依次連接；

搜索空間建立模塊用于多窗口模型構(gòu)建以及道路交通規(guī)則篩選；多窗口模型構(gòu)建將無人車周圍的可行駛區(qū)域以動(dòng)態(tài)窗口的形式表征并獲取各個(gè)窗口的特性；道路交通規(guī)則篩選根據(jù)車道線約束剔除不符合道路交通規(guī)則的窗口；

候選軌跡生成模塊用于動(dòng)態(tài)窗口的選擇以及窗口內(nèi)軌跡生成；動(dòng)態(tài)窗口的選擇由窗口特性及人類駕駛經(jīng)驗(yàn)共同決定；窗口內(nèi)軌跡生成分為速度規(guī)劃和路徑規(guī)劃兩步依次進(jìn)行，先通過速度規(guī)劃處理動(dòng)態(tài)障礙物，為路徑規(guī)劃提供目標(biāo)點(diǎn)參考信息，再使用參數(shù)曲線構(gòu)造法生成路徑；

最優(yōu)軌跡選擇模塊用于對(duì)候選軌跡的代價(jià)評(píng)估；對(duì)候選軌跡的代價(jià)評(píng)估從安全性、平滑性、舒適性和高效性四個(gè)方面進(jìn)行軌跡評(píng)估。

2.一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述的一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建多窗口模型以及道路交通規(guī)則篩選：多窗口模型構(gòu)建將無人車周圍的可行駛區(qū)域以動(dòng)態(tài)窗口的形式表征并獲取各個(gè)窗口的特性；根據(jù)車道線約束剔除不符合道路交通規(guī)則的窗口完成道路交通規(guī)則篩選；

步驟2，通過窗口特性及人類駕駛經(jīng)驗(yàn)共同決定動(dòng)態(tài)窗口的選擇，然后窗口內(nèi)軌跡生成分為速度規(guī)劃和路徑規(guī)劃兩步依次進(jìn)行，先通過速度規(guī)劃處理動(dòng)態(tài)障礙物，為路徑規(guī)劃提供目標(biāo)點(diǎn)參考信息，再使用參數(shù)曲線構(gòu)造法生成路徑；

步驟3，對(duì)候選軌跡的代價(jià)評(píng)估從安全性、平滑性、舒適性和高效性四個(gè)方面進(jìn)行軌跡評(píng)估。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，多窗口模型將無人車周邊的可行駛區(qū)域在縱向上以動(dòng)態(tài)窗口的形式進(jìn)行表征，假設(shè)所有車輛均遵守交通規(guī)則、后方車輛行駛速度小于等于前方車輛行駛速度且當(dāng)前方車輛緊急制動(dòng)時(shí)后方車輛會(huì)采取應(yīng)對(duì)措施以保證安全，則該動(dòng)態(tài)窗口同時(shí)定義在物理空間和速度空間上；采用Frenet坐標(biāo)系進(jìn)行描述和規(guī)劃，用起止縱坐標(biāo)以及容許行駛速度的范圍來表征窗口的特性；在物理空間中該動(dòng)態(tài)窗口的位置隨時(shí)間變化，與構(gòu)成窗口的前后車輛的位置和速度有關(guān)；在速度空間內(nèi)，每個(gè)動(dòng)態(tài)窗口都對(duì)應(yīng)一個(gè)速度的可行區(qū)間，表示無人車在該動(dòng)態(tài)窗口內(nèi)行駛時(shí)應(yīng)滿足的速度要求。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，道路交通規(guī)則篩選是指在多窗口模型的基礎(chǔ)上考慮道路交通規(guī)則，所有符合道路交通規(guī)則的窗口共同構(gòu)成規(guī)劃的搜索空間。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多窗口模型的高速無人車軌跡規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，動(dòng)態(tài)窗口的選擇由窗口特性及人類駕駛經(jīng)驗(yàn)共同決定，具體過程如下：

在多窗口模型中，引入人類駕駛經(jīng)驗(yàn)的有一定偏好性的抽樣，確定人類駕駛員選擇某個(gè)窗口的概率的兩個(gè)因素：車輛進(jìn)入窗口的難易程度以及進(jìn)入窗口后行駛的高效性；其中，車輛進(jìn)入窗口的難易程度體現(xiàn)在窗口位置以及進(jìn)入窗口時(shí)為滿足窗口速度要求所需要采取的最小速度變化量這兩方面；車輛進(jìn)入窗口后行駛的高效性主要體現(xiàn)在窗口容許的最高行駛速度；距離自身車輛較近、進(jìn)入窗口時(shí)速度無需有較大調(diào)整、而進(jìn)入后獲得更高的行駛速度的窗口更易成為目標(biāo)窗口；在S軸上建立以無人車縱坐標(biāo)為中心的高斯分布，根據(jù)動(dòng)態(tài)窗口前端與后端的s坐標(biāo)計(jì)算出高斯分布在動(dòng)態(tài)窗口范圍內(nèi)的累積概率，窗口距離無人車越遠(yuǎn)被選擇的概率越低；考慮窗口容許行駛的最高速度以及進(jìn)入該動(dòng)態(tài)窗口至少應(yīng)采取的速度變化量對(duì)累積概率進(jìn)行加權(quán)；最后，對(duì)概率進(jìn)行歸一化使其滿足所有可行窗口被選擇的概率和為1。