一种多车型参数自适应的参考线平滑方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种多车型参数自适应的参考线平滑方法和系统，该方法包括：步骤一，使用高精地图，定位自车全局位置，根据决策给出目标车道信息；步骤二，计算自车在以原始道路中心线为参考线的Frenet坐标系下的起始坐标；步骤三，从起始坐标开始，等距采样离散原始参考点，并获取对应的车道宽度，再判断自车所在的当前车道的邻道状态，构造出自车可行驶区域；步骤四，构造参考线平滑的代价函数和约束条件，调用优化算法求解库对优化需优化的参考点，得到最优化结果；步骤五，计算出所述最优化结果对应朝向角及曲率，输出平滑后的参考线。本发明专利技术可以根据车型参数调节参考线平滑程度，降低轨迹规划难度并提升规划算法的稳定性、舒适性及安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种多车型参数自适应的参考线平滑方法和系统


[0001]本专利技术属于自动驾驶轨迹规划
，涉及一种多车型参数自适应的参考线平滑方法和系统。

技术介绍

[0002]在自动驾驶的轨迹规划领域，应用在城市公开道路上的轨迹规划方法大多依赖于Frenet坐标系，而基于Frenet坐标系的轨迹规划算法又依赖于参考线的平滑程度（一阶或者二阶连续）。如果参考线直接来源于高精地图的原始车道中心线，由于地图的制作误差、道路连接处不平滑等原因，参考线的平滑程度无法达到后续轨迹规划的需求，因此需要对原始的地图车道中心线即参考线进行平滑。
[0003]现有的参考线平滑算法如百度Apollo中的基于样条曲线的参考线平滑方法、基于螺旋线的参考线平滑方法和基于离散点的参考线平滑方法，都只考虑了参考线的连续性，而忽略了不同车型参数（包含轴距、最大方向转角等等）的限制，无法做到不同车型参数的自适应。如果在参考线平滑层不考虑车型参数，则会为后续的轨迹规划带来极大的难度。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种多车型参数自适应的参考线平滑方法和系统，其具体技术方案如下：一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，包括以下步骤：步骤一，使用高精地图，定位出自车全局位置，根据用户决策给出目标车道信息；步骤二，根据定位给出的自车全局位置及用户决策给出的目标车道信息，计算自车在以原始道路中心线为参考线的Frenet坐标系下的起始坐标；步骤三，从起始坐标开始，等距采样车道中心线上的离散原始参考点，并获取每个离散原始参考点对应的车道宽度，再判断自车所在的当前车道的邻道状态，根据判断结果构造出自车可行驶区域；步骤四，构造参考线平滑的代价函数和约束条件，并根据所述代价函数和约束条件，调用优化算法求解库对需优化的参考点进行优化，得到最优化结果；步骤五，利用最优化结果，计算出所述最优化结果对应朝向角及曲率，输出平滑后的参考线。
[0005]进一步地，所述步骤三具体包括以下子步骤：步骤3.1，对高精地图中的目标车道，从起始坐标开始以为采样间隔，在固定长度内，等距采样车道中心线信息，包含n个离散原始参考点（）、(),
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，()；其中表示直角系坐标，
表示向量与直角坐标系中X轴方向的夹角，表示为离散原始参考点的曲率，i∈（0，1，2，
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1）；步骤3.2，对目标车道的中心线从起始坐标开始以为采样间隔，等距采样得到每个离散原始参考点对应的车道宽度序列；步骤3.3，再根据高精地图中的车道线类型信息，判断当前车道的邻道是否可借用，若可借用则对相邻车道以起始坐标开始以等距采样间隔采样得相邻车道宽度序列，最终相加得可行驶区域序列，其中，若无法借用邻道则使都为0。
[0006]进一步地，所述目标车道的剩余长度无法满足固定长度需求时，则根据全局导航信息及高精地图信息获取目标车道的后续车道，从后续车道的起始点开始，以为采样间隔，等距采样对应的后续车道中心线信息，并加入至离散原始参考点序列中，直至满足长度需求或抵达全局终点。
[0007]进一步地，所述步骤四具体包括以下子步骤：步骤4.1：计算出参考线平滑的代价函数，包含两部分，第一部分为需优化的参考点即待优化变量，与原始道路中心线参考点的相似代价；第二部分为平滑代价，得到代价函数表达式如下所示：其中相似代价设置为待优化变量与原始道路中心线参考点的欧式距离，即，平滑代价设置为三点之间的直线相似程度，即；其中，为待优化变量（）、(),
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，()，为原始道路中心线坐标点（）、(),
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，()，为平滑代价权重，为固定值，为相似代价权重，与车辆轴距L值成负相关，与车辆最大转向能力成正相关；步骤4.2：根据可行驶区域序列以及采样间隔，得到每一个待优化变量偏离离散原始参考点的横纵向约束，表达式为：
；步骤4.3：根据离散原始参考点的朝向角，将步骤4.2中每一待优化变量的横纵向约束进行旋转至与对应离散原始参考点的朝向一致，即乘以由朝向角构建的旋转矩阵，更新步骤4.2的约束条件，表达式为：；步骤4.4：再根据车型参数及离散原始参考点的曲率来设计约束条件的横向偏移量，并更新约束条件如下所示：简写为：其中，，，步骤4.5：根据步骤4.1得到的代价函数和步骤4.4得到的约束条件，调用优化算法求解库求解含线性约束的最优化问题，即对待优化变量进行优化，得到最终的最优化结果：：。
[0008]进一步地，所述横向偏移量正负与曲率的正负一致，即右转曲率为负时往Frenet坐标系下的轴负方向偏移，左转曲率为正时往Frenet坐标系下的轴正方向偏移，大小与曲率的大小成正相关，轴表示车辆距离道路中心线的横向距离；横向偏移量的大小与车辆轴距L值正相关，即车辆轴距越长，横向需要偏移得越多，与车辆最大转向能
力成负相关，即车辆的最大转角能力越大，横向需要偏移得越少。
[0009]进一步地，所述步骤五具体为：利用最优化结果，计算出最优化结果对应的朝向角及曲率，最终输出为一系列平滑后的离散点信息（）、(),
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，()。
[0010]一种多车型参数自适应的参考线平滑系统，包括：局部规划地图生成模块和参考线平滑模块；所述的局部规划地图生成模块，输入为高精地图信息、决策目标车道信息、全局导航信息及全局定位信息，输出为固定长度的局部地图，包括道路中心线及可行驶区域空间信息；所述的参考线平滑模块，输入为局部规划地图生成模块的输出、车辆参数，构造参考线平滑的代价函数和约束条件，并根据所述代价函数和约束条件，调用优化算法求解库对需优化的参考点进行优化，得到最优化结果，利用最优化结果，计算出所述最优化结果对应朝向角及曲率，输出为一条平滑后的参考线。
[0011]一种多车型参数自适应的参考线平滑装置，包括一个或多个处理器，用于实现所述的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法。
[0012]一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现所述的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法。
[0013]有益效果：本专利技术提出的参考线平滑方法和系统可以根据车型参数自适应地调节参考线的平滑程度以及内外切方向，做到针对不同车型生成合理的参考线路径，降低后续的轨迹规划难度并提升规划算法的稳定性、舒适性及安全性。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法流程示意图；图2是本专利技术参考线平滑方法的流程框图；图3是本专利技术方法的参考点优化示意图；图4是本专利技术的一种多车型参数自适应的参考线平滑装置结构示意图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0016]如图1和图2所示，一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，包括以下步骤：步骤一，使用高精地图，定位出自车全局位置，根据用户决策给出目标车道信息。
[0017]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，使用高精地图，定位出自车全局位置，根据用户决策给出目标车道信息；步骤二，根据定位给出的自车全局位置及用户决策给出的目标车道信息，计算自车在以原始道路中心线为参考线的Frenet坐标系下的起始坐标；步骤三，从起始坐标开始，等距采样车道中心线上的离散原始参考点，并获取每个离散原始参考点对应的车道宽度，再判断自车所在的当前车道的邻道状态，根据判断结果构造出自车可行驶区域；步骤四，构造参考线平滑的代价函数和约束条件，并根据所述代价函数和约束条件，调用优化算法求解库对需优化的参考点进行优化，得到最优化结果；步骤五，利用最优化结果，计算出所述最优化结果对应朝向角及曲率，输出平滑后的参考线。2.如权利要求1所述的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，其特征在于，所述步骤三具体包括以下子步骤：步骤3.1，对高精地图中的目标车道，从起始坐标开始以为采样间隔，在固定长度内，等距采样车道中心线信息，包含n个离散原始参考点（）、(),
ꢀ…
，()；其中表示直角系坐标，表示向量与直角坐标系中X轴方向的夹角，表示为离散原始参考点的曲率，i∈（0，1，2，
…
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1）；步骤3.2，对目标车道的中心线从起始坐标开始以为采样间隔，等距采样得到每个离散原始参考点对应的车道宽度序列；步骤3.3，再根据高精地图中的车道线类型信息，判断当前车道的邻道是否可借用，若可借用则对相邻车道以起始坐标开始以等距采样间隔采样得相邻车道宽度序列，最终相加得可行驶区域序列，其中，若无法借用邻道则使都为0。3.如权利要求2所述的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，其特征在于，所述目标车道的剩余长度无法满足固定长度需求时，则根据全局导航信息及高精地图信息获取目标车道的后续车道，从后续车道的起始点开始，以为采样间隔，等距采样对应的后续车道中心线信息，并加入至离散原始参考点序列中，直至满足长度需求或抵达全局终点。4.如权利要求2所述的一种多车型参数自适应的参考线平滑方法，其特征在于，所述步骤四具体包括以下子步骤：步骤4.1：计算出参考线平滑的代价函数，包含两部分，第一部分为需优化的参考点即
待优化变量，与原始道路中心线参考点的相似代价；第二部分为平滑代价，得到代价函数表达式如下所示：其中相似代价设置为待优化变量与原始道路中心线参考点的欧式距离，即，平滑代价设置为三点之间的直线相似程度，即；其中，为待优化变量（）、(),
ꢀ…
，()，为原始道路中心线坐标点（）、(),
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【专利技术属性】
技术研发人员：华炜，沈峥，胡艳明，韩正勇，郭磊，冯高超，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：