智能车动态避障路径连续规划方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开一种智能车动态避障路径连续规划方法、系统及存储介质。方法包括：利用Frenet坐标转换将车辆沿复杂弯曲道路行驶时的局部路径规划问题转化为直线道路下的双移线路径规划问题，大大降低了规划的复杂度；并将双移线路径分为避障路段和回归路段两部分，基于贝塞尔曲线分别进行路径规划；当周围环境发生动态变化时，特别是在车辆跟踪局部路径行驶时，障碍物突然加速、减速或发生侧向位移，规划路径的终点就会进行相应的更新，同时对局部路径进行再规划，并保证路径连接点处的曲率连续性。本发明专利技术可提高智能车规划路径的实时性，有助于增强智能车对复杂交通环境的适应性。有助于增强智能车对复杂交通环境的适应性。有助于增强智能车对复杂交通环境的适应性。

【技术实现步骤摘要】
智能车动态避障路径连续规划方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及自动驾驶决策规划
，尤其涉及基于Frenet坐标系和贝塞尔曲线的智能车动态避障路径连续再规划方法，具体为一种智能车动态避障路径连续规划方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]自动驾驶技术能够有效保障交通安全、提升通行效率并改善出行方式，自动驾驶的底层架构和95%的常规技术问题已经得以解决，剩下5%的长尾问题成为制约自动驾驶落地应用的关键。这些长尾问题涉及各种复杂场景下的可靠感知、快速预测、最优化决策规划等关键技术。
[0003]针对车辆运动规划问题，目前的解决方案是当检测到前方存在障碍物时，决策规划层根据当前环境信息输出局部避障路径，然后跟踪行驶。这种方案多为静态避障路径规划，这里的静态指只利用避障前的障碍物运动状态信息（位置、姿态、速度等）进行避障路径规划，在避障过程中不再对避障路径进行实时更新和优化。然而对于复杂动态的交通环境，当自车沿避障路径行驶时，一旦障碍物运动状态突然发生变化，避障前规划的路径就不再可靠，极易出现避障路径与障碍物路径干涉的情况，存在极大的碰撞风险，进而影响自动驾驶的行驶安全。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种智能车动态避障路径连续规划方法、系统及存储介质，其能够根据障碍物运动状态的变化进行实时路径再规划，并保证新规划的路径曲率与原路径曲率连续。
[0005]根据本专利技术说明书的一方面，提供一种智能车动态避障路径连续规划方法，包括：构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构；基于贝塞尔曲线进行分路段的局部路径规划；依据规划好的局部路径进行车辆跟踪行驶，以预定时间步长获取障碍物的运动状态信息，并在障碍物的运动状态发生变化时基于贝塞尔曲线进行路径再规划，且再规划的路径曲率与原路径曲率连续。
[0006]上述技术方案首先构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构，实现Frenet坐标与笛卡尔坐标的相互转换，将车辆沿复杂弯曲道路行驶时的局部路径规划问题转化为直线道路下的双移线路径规划问题，并在Frenet坐标系下基于贝塞尔曲线进行分路段的路径规划，极大降低了路径规划复杂度；该技术方案在跟踪行驶时，考虑障碍物的实时运动状态，并在障碍物的实时运动状态发生变化时重新进行路径规划，实时更新车辆的局部路径，在复杂动态的交通环境下实现了避障路径连续动态更新，且保证了前后规划路径的曲率连续性和整体路径的平滑性。
[0007]作为进一步的技术方案，分路段的局部路径规划包括：避障路段路径规划和回归
路段路径规划，其中避障路段的终点与回归路段的起点一致。在利用Frenet坐标转换将车辆沿复杂弯曲道路行驶时的局部路径规划问题转化为直线道路下的双移线路径规划问题后，将双移线路径分为避障路段和回归路段两部分，以便于分别进行路径规划，降低规划的复杂度。
[0008]作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：当自车发现前方障碍物并沿全局路径行驶至局部路径避障路段的起点时，根据自车及前方障碍物的初始运动状态确定避障路段的终点，然后基于贝塞尔曲线进行路径规划；当自车行驶至避障路段的终点时，根据自车及前方障碍物的当前运动状态确定回归路段的终点，然后基于贝塞尔曲线进行路径规划。该技术方案中，自车在发现前方障碍物并进行了分段路径规划，在各分路段分别进行跟踪行驶时，前方障碍物的运动状态未发生变化，即在一次路径规划基础上完成整个避障过程。
[0009]作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：依据规划好的路径进行车辆跟踪行驶时，若获知前方障碍物的运动状态发生变化，则重新计算当前路段的路径终点，并根据车辆当前位置及重新计算出的路径终点基于贝塞尔曲线进行路径再规划。该技术方案中，自车在进行跟踪行驶时，以预定的时间步长获取前方障碍物的运动状态，若前方障碍物的运动状态发生了变化，导致已规划好的路径不再适用，则进行路径再规划。该技术方案通过重新确定当前路段的路径终点并依据新的终点进行路径再规划，使再规划后的避障路径能够适应障碍物运动状态变化后的避障操作，实现复杂动态交通环境下避障路径的连续动态更新。
[0010]作为进一步的技术方案，当车辆依据规划路径进行车辆跟踪行驶时，若障碍物突然加速，则增大路径终点；若障碍物突然减速，则减小路径终点的s坐标；若障碍物产生一定侧向移动，则改变路径终点的l坐标。
[0011]作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：获取全局路径；在笛卡尔坐标系下获取地图、自车运动状态及障碍物运动状态的信息；当自车前方出现障碍物时，以全局路径为参考性，将笛卡尔坐标系下实时获取的地图、自车运动状态及障碍物运动状态转换到Frenet坐标系下，进行局部路径规划；将Frenet坐标系下规划的局部路径转化为笛卡尔坐标系下的局部路径，并跟踪行驶。
[0012]该技术方案中，当车辆沿全局路径行驶时，车辆前方出现障碍物，进行局部路径规划以避开障碍物，并且避障完成后回到全局路径继续行驶。其中，结构化道路上的全局路径通常为车道中心线，开放环境下的全局路径为全局规划层计算的起点至终点的静态避障路径。
[0013]作为进一步的技术方案，所述方法基于三阶贝塞尔曲线进行路径再规划，所述三阶贝塞尔曲线由四个控制点确定，其中，第一控制点和第四控制点为路径的起点和终点，第二控制点和第三控制点用于控制路径的曲率变化。
[0014]作为进一步的技术方案，所述第二控制点按如下公式求解
其中，，为第一控制点的坐标，，为第二控制点的坐标，m为第一控制点、第二控制点的间距，为贝塞尔曲线的第一个待优化变量，为Frenet坐标下车辆在第一个控制点时的航向角；所述第三控制点按如下公式求解其中，，为第三控制点的坐标，，为第四控制点的坐标，m为第三控制点、第四控制点的间距，为贝塞尔曲线的第二个待优化变量，为Frenet坐标下避障路段终点的航向角或回归路段终点的航向角。
[0015]根据本专利技术说明书的一方面，提供一种智能车动态避障路径连续规划系统，采用所述的方法实现，所述系统包括：构建模块，用于构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构；路径规划模块，用于基于贝塞尔曲线进行局部路径规划和再规划，且再规划的路径曲率与原规划的路径曲率连续；跟踪行驶模块，用于依据规划好的局部路径进行车辆跟踪行驶，以预定时间步长获取障碍物的运动状态信息，并在障碍物的运动状态发生变化时触发路径规划模块进行路径再规划。
[0016]上述技术方案中，通过构建模块构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构，实现Frenet坐标到笛卡尔坐标的转换，将笛卡尔坐标系下的实时状态信息转换到Frenet坐标系下并经由路径规划模块进行局部路径规划，然后通过跟踪行驶模块进行车辆的跟踪行驶，当作为前一次路径规划基础的前方障碍物的运动状态发生变化时，启动路径规划模块进行路径再规划，再经由跟踪行驶模块依据再规划后的路径进行跟踪行驶，直至完成避障过程。该技术方案充分考虑作为避障路径规划基础的障碍物的实时运动状态对避障过程的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，包括：构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构；基于贝塞尔曲线进行分路段的局部路径规划；依据规划好的局部路径进行车辆跟踪行驶，以预定时间步长获取障碍物的运动状态信息，并在障碍物的运动状态发生变化时基于贝塞尔曲线进行路径再规划，且再规划的路径曲率与原路径曲率连续。2.根据权利要求1所述智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，分路段的局部路径规划包括：避障路段路径规划和回归路段路径规划，其中避障路段的终点与回归路段的起点一致。3.根据权利要求2所述智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当自车发现前方障碍物并沿全局路径行驶至局部路径避障路段的起点时，根据自车及前方障碍物的初始运动状态确定避障路段的终点，然后基于贝塞尔曲线进行路径规划；当自车行驶至避障路段的终点时，根据自车及前方障碍物的当前运动状态确定回归路段的终点，然后基于贝塞尔曲线进行路径规划。4.根据权利要求3所述智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，所述方法进一步包括：依据规划好的路径进行车辆跟踪行驶时，若获知前方障碍物的运动状态发生变化，则重新计算当前路段的路径终点，并根据车辆当前位置及重新计算出的路径终点基于贝塞尔曲线进行路径再规划。5.根据权利要求4所述智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，重新确定当前路段的路径终点进一步包括：若障碍物突然加速，则增大路径终点；若障碍物突然减速，则减小路径终点的s坐标；若障碍物产生侧向移动，则改变路径终点的l坐标。6.根据权利要求1所述智能车动态避障路径连续规划方法，其特征在于，构建基于Frenet坐标系的局部路径规划架构进一步包括：获取全局路径；在笛卡尔坐标系下获取地图、自车运动状态及障碍物运动状态的信息；当自车前方出现障碍物时，以全局路径为参...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超仲，冷姚，鲁哲，宋春晖，罗鹏，陈志军，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：