[發(fā)明專利]一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210664523.0
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN114942642A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王錦坤;張羽翔;李超群;王云成;高炳釗
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取待軌跡規(guī)劃的無人駕駛汽車的環(huán)境及車輛狀態(tài)信息；所述環(huán)境及車輛狀態(tài)信息包括：本車狀態(tài)、本車位置、環(huán)境信息、交通信息和道路信息；

S2、將所述環(huán)境及車輛狀態(tài)信息輸入局部軌跡規(guī)劃器，基于運動學(xué)模型，遵循相應(yīng)的評價指標(biāo)，規(guī)劃局部最優(yōu)軌跡；

S3、將規(guī)劃得到的局部最優(yōu)軌跡作為期望軌跡輸入軌跡跟蹤控制器，以囊括優(yōu)化參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)為評價依據(jù)，在相應(yīng)的預(yù)設(shè)約束條件下，計算所述待軌跡規(guī)劃的無人駕駛汽車的車輛前轉(zhuǎn)向輪的最優(yōu)動作序列；所述優(yōu)化參數(shù)包括：橫向跟蹤誤差和控制量變化率；

S4、根據(jù)所述最優(yōu)動作序列，通過操縱所述待軌跡規(guī)劃的無人駕駛汽車的執(zhí)行機構(gòu)，保證所述待軌跡規(guī)劃的無人駕駛汽車按照規(guī)劃的軌跡安全行駛。

2.如權(quán)利要求1所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S3還包括：將規(guī)劃得到的局部最優(yōu)軌跡進行重采樣，將較大的離散時間步長轉(zhuǎn)變成較小的離散時間步長；將重采樣后的局部最優(yōu)軌跡作為期望軌跡輸入軌跡跟蹤控制器。

3.如權(quán)利要求1所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述局部軌跡規(guī)劃器將規(guī)劃所述局部最優(yōu)軌跡表示為方程的最優(yōu)控制問題，在預(yù)設(shè)預(yù)測范圍中生成控制變量的最優(yōu)控制序列：

上式中，L(X(t),U(t),t)為預(yù)設(shè)預(yù)測范圍[t，t+T]的成本函數(shù)；U(t)為預(yù)設(shè)預(yù)測范圍[t，t+T]內(nèi)的最優(yōu)控制序列；f(X(t),U(t))為狀態(tài)空間表達(dá)式；X(t)為狀態(tài)變量。

4.如權(quán)利要求3所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述成本函數(shù)包括環(huán)境成本和軌跡成本；所述環(huán)境成本包括：車道保持成本函數(shù)、道路邊界成本函數(shù)和避障成本函數(shù)；所述軌跡成本包括：軌跡速度指標(biāo)成本函數(shù)、軌跡控制量變化量成本函數(shù)和軌跡一致性成本函數(shù)。

5.如權(quán)利要求4所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述避障成本函數(shù)的表達(dá)式為：

上式中，A_obs代表避障成本函數(shù)的權(quán)重系數(shù)；v(t)代表本車速度；x(t)為t時刻本車橫坐標(biāo)位置；y(t)為t時刻本車縱坐標(biāo)位置；x_obs代表障礙物的橫坐標(biāo)位置；y_obs代表障礙物的縱坐標(biāo)位置；ζ為調(diào)整系數(shù)。

6.如權(quán)利要求3所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中，在預(yù)設(shè)預(yù)測范圍中生成控制變量的最優(yōu)控制序列之后，還包括：將所述最優(yōu)控制序列根據(jù)預(yù)設(shè)條件進行約束；所述預(yù)設(shè)條件包括：分別將本車加速度和前輪轉(zhuǎn)角控制在第一預(yù)設(shè)范圍和第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，以及約束本車的位置。

7.如權(quán)利要求6所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，通過如下公式約束本車的位置：

上式中，x(t)為t時刻本車橫坐標(biāo)位置；x(t)_obs為t時刻環(huán)境車輛橫坐標(biāo)位置；r_x為不發(fā)生碰撞情況下橫坐標(biāo)所留預(yù)設(shè)安全距離；y(t)為t時刻本車縱坐標(biāo)位置；y(t)_obs為t時刻環(huán)境車輛縱坐標(biāo)位置；r_y為不發(fā)生碰撞情況下縱坐標(biāo)所留預(yù)設(shè)安全距離。

8.如權(quán)利要求1所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述局部軌跡規(guī)劃器具有較大的離散時間步長。

9.如權(quán)利要求1所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述軌跡跟蹤控制器具有較小的離散時間步長。

10.如權(quán)利要求1所述的一種無人駕駛汽車軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述軌跡跟蹤控制器的目標(biāo)函數(shù)包括兩部分性能指標(biāo)，分別為：對所述局部最優(yōu)軌跡的跟蹤能力和控制量的平穩(wěn)程度。