基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，包括：S1、基于预存的高精度地图以及车辆的当前和目标状态规划出行驶路径；S2、基于行驶路径生成路径参考轨迹；并利用车辆的初始和当前状态实时更新路径参考轨迹；S3、车辆的控制系统按照时间序列利用路径参考轨迹以及车辆模型生成路径模拟轨迹；S4、依据路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差重新生成路径参考轨迹；S5、重复S4，直至偏差小于预设的偏差阈值或计算偏差的次数超出预设的次数阈值时，将最终生成的路径参考路径作为最终路径参考轨迹。其充分考虑控制系统的模拟轨迹与参考轨迹的偏差，以求得尽可能符合控制系统性能的参考轨迹，并避免不合理参考轨迹的产生。

High precision map path planning method based on analog control system

【技术实现步骤摘要】
基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法
本专利技术涉及无人驾驶汽车
，尤其涉及一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法。
技术介绍
作为无人驾驶汽车中控制系统的输入源，路径规划输出的参考轨迹合理与否直接决定最终控制效果。然而在现有技术中，路径规划与控制系统是独立设计的，路径规划未能充分考虑控制系统的性能，容易导致控制系统无法很好地跟踪路径规划产生的参考轨迹。如何充分利用高精度地图，并使参考轨迹对于控制系统来说更加容易跟踪，误差更小，对于无人驾驶汽车平稳、安全地行驶具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，充分考虑控制系统的模拟轨迹与参考轨迹的偏差，以求得尽可能符合控制系统性能的参考轨迹，并避免不合理参考轨迹的产生。为实现上述目的和一些其他的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，包括以下步骤：S1、场端或车端基于预存的高精度地图以及车辆的当前状态和目标状态规划出所述车辆的行驶路径；S2、基于所述行驶路径生成所述车辆的路径参考轨迹；并利用所述车辆的初始状态和当前状态实时更新所述路径参考轨迹；S3、所述车辆的控制系统按照时间序列利用所述路径参考轨迹以及所述车辆的模型生成所述车辆的路径模拟轨迹；S4、计算所述路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差，并依据所述偏差重新生成路径参考轨迹；S5、重复S4，直至所述偏差小于预设的偏差阈值或计算所述偏差的次数超出预设的次数阈值时，将最终生成的路径参考路径作为最终路径参考轨迹。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，S1中规划出所述车辆的行驶路径的具体方法为：S1-1、初级规划：将所述高精度地图抽象为仅含有带有方向的道路信息的第一抽象地图，在所述第一抽象地图上依据所述车辆的当前状态和目标状态标定所述车辆的起点和终点，利用Dijkstra算法得到所述车辆的初级行驶路径；S1-2、次级规划：在所述高精度地图上提取S1-1得到的所述初级行驶路径包含的车道信息，并依据拓扑关系将所述车道信息抽象为含有方向信息的第二抽象地图，在所述第二抽象地图上利用Dijkstra算法得到所述车辆由起点到终点的车道行驶路径；S1-3、终极规划：依据所述车道行驶路径得到所述车辆的可行驶区域，并依据所述车辆与障碍物间的距离的大小标定除所述可行驶区域外的其他区域，将所述可行驶区域按照预设的精度划分为网格，最后利用Dijkstra算法得到所述车辆由起点到终点的最终行驶路径。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，所述车辆的当前状态和目标状态均包括：位置、速度、加速度、航向角以及角速度。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，S2中基于行驶路径生成车辆的路径参考轨迹的方法为：S2-1、将所述行驶路径简化至折线段的形式，并设所述折线段的端点由所述行驶路径的初始点至终止点依次为Pi，i＝0，1，2，3…；其中，设定所述车辆在任意Pi点时的状态为Xc；S2-2、以所述车辆行驶至Pi点时的状态Xc作为路径参考轨迹的起始点Pstart，以Pi+1点作为所述车辆处于终止状态的第一终止点，利用Xc和终止状态间的约束条件生成以时间为序列的基本路径参考轨迹；S2-3、选取Pi+1点和Pi+2点之间的任一点为所述车辆处于终止状态的第二终止点，利用Xc和终止状态间的约束条件生成次级路径参考轨迹，并在判定所述次级路径参考轨迹与基本路径参考轨迹间的差值是否在预设的范围阈值内，且所述次级路径参考轨迹是否在所述可行驶区域内，是，将所述次级路径参考轨迹作为所述路径参考轨迹；否，重新选取第二终止点；S2-4、按照预设的频率重复S2-2和S2-3，以实时更新所述路径参考轨迹；其中，所述终止状态指所述车辆的速度和加速度均为零的状态。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，Xc指位置、速度、加速度、航向角和角速度。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，所述约束条件指Xc中的速度和加速度与终止状态间的差值在预设的控制范围内。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，S2-3中若重新选取第二终止点的次数达到预设的最大阈值，所述次级路径参考轨迹与基本路径参考轨迹间的差值仍超出预设的范围阈值或所述次级路径参考轨迹不完全在所述可行驶区域内时，则将所述基本路径参考轨迹作为所述路径参考轨迹。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，S3中生成所述车辆的路径模拟轨迹的方法为：S3-1、所述控制系统利用所述路径参考轨迹上的任一时刻ti，i＝0，1，2，3…，以及对应于所述时刻的车辆的模拟状态Xi计算得到控制量；S3-2、所述控制系统将所述控制量应用于预先生成的所述车辆的模型，以得到所述车辆在所述时刻的下一相邻时刻ti+1的模拟状态Xi+1。优选的是，所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，ti由t0逐次选取至tn；其中，t0指所述路径参考轨迹的开始时刻；tn指所述路径参考轨迹的结束时刻。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法中，首先依据基于高精度地图生成的车辆行驶路径生成车辆的路径参考轨迹，然后利用车辆的控制系统结合路径参考轨迹生成车辆的路径模拟轨迹，最后不断通过路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差对路径参考轨迹进行修正，以得到适应于车辆控制系统的路径参考轨迹，且更有效的避免了不合理参考轨迹的产生。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1是本专利技术提供的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法的框架结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。如图1所示，一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，包括以下步骤：S1、场端或车端基于预存的高精度地图以及车辆的当前状态和目标状态规划出所述车辆的行驶路径。S2、基于所述行驶路径生成所述车辆的路径参考轨迹；并利用所述车辆的初始状态和当前状态实时更新所述路径参考轨迹。S3、所述车辆的控制系统按照时间序列利用所述路径参考轨迹以及所述车辆的模型生成所述车辆的路径模拟轨迹。S4、计算所述路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差，并依据所述偏差重新生成路径参考轨迹。S5、重复S4，直至所述偏差小于预设的偏差阈值或计算所述偏差的次数超出预设的次数阈值时，将最终生成的路径参考路径作为最终路径参考轨迹。在上述方案中，首先依据基于高精度地图生成的车辆行驶路径生成车辆的路径参考轨迹，然后利用车辆的控制系统结合路径参考轨迹生成车辆的路径模拟轨迹，最后不断通过路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差对路径参考轨迹进行修正，以得到适应于车辆控制系统的路径参考轨迹，且更有效的避免了不合理参考轨迹的产生。利用车辆动力学及运动学模型，充分考虑控制系统的模拟轨迹与参考轨迹的偏差，以求得尽可能符合控制系统性能的参考轨迹，使参考轨迹对于控制系统来说更加容易跟踪，误差更小，即使得无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，其中，包括以下步骤：S1、场端或车端基于预存的高精度地图以及车辆的当前状态和目标状态规划出所述车辆的行驶路径；S2、基于所述行驶路径生成所述车辆的路径参考轨迹；并利用所述车辆的初始状态和当前状态实时更新所述路径参考轨迹；S3、所述车辆的控制系统按照时间序列利用所述路径参考轨迹以及所述车辆的模型生成所述车辆的路径模拟轨迹；S4、计算所述路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差，并依据所述偏差重新生成路径参考轨迹；S5、重复S4，直至所述偏差小于预设的偏差阈值或计算所述偏差的次数超出预设的次数阈值时，将最终生成的路径参考路径作为最终路径参考轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，其中，包括以下步骤：S1、场端或车端基于预存的高精度地图以及车辆的当前状态和目标状态规划出所述车辆的行驶路径；S2、基于所述行驶路径生成所述车辆的路径参考轨迹；并利用所述车辆的初始状态和当前状态实时更新所述路径参考轨迹；S3、所述车辆的控制系统按照时间序列利用所述路径参考轨迹以及所述车辆的模型生成所述车辆的路径模拟轨迹；S4、计算所述路径参考轨迹和路径模拟轨迹间的偏差，并依据所述偏差重新生成路径参考轨迹；S5、重复S4，直至所述偏差小于预设的偏差阈值或计算所述偏差的次数超出预设的次数阈值时，将最终生成的路径参考路径作为最终路径参考轨迹。2.如权利要求1所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，其中，S1中规划出所述车辆的行驶路径的具体方法为：S1-1、初级规划：将所述高精度地图抽象为仅含有带有方向的道路信息的第一抽象地图，在所述第一抽象地图上依据所述车辆的当前状态和目标状态标定所述车辆的起点和终点，利用Dijkstra算法得到所述车辆的初级行驶路径；S1-2、次级规划：在所述高精度地图上提取S1-1得到的所述初级行驶路径包含的车道信息，并依据拓扑关系将所述车道信息抽象为含有方向信息的第二抽象地图，在所述第二抽象地图上利用Dijkstra算法得到所述车辆由起点到终点的车道行驶路径；S1-3、终极规划：依据所述车道行驶路径得到所述车辆的可行驶区域，并依据所述车辆与障碍物间的距离的大小标定除所述可行驶区域外的其他区域，将所述可行驶区域按照预设的精度划分为网格，最后利用Dijkstra算法得到所述车辆由起点到终点的最终行驶路径。3.如权利要求2所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，其中，所述车辆的当前状态和目标状态均包括：位置、速度、加速度、航向角以及角速度。4.如权利要求2所述的基于模拟控制系统的高精度地图路径规划方法，其中，S2中基于行驶路径生成车辆的路径参考轨迹的方法为：S2-1、将所述行驶路径简化至折线段的形式，并设所述折线段的端点由所述行驶路径的初始点至终止点依次为Pi,i＝0,1,2,3…；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡禹超，戴震，倪凯，
申请(专利权)人：禾多科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11