一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法及系统，包括：实时获取自车的位姿信息和自车周围的障碍物；根据所述自车的位姿信息确定所述自车行驶的参考线并构建三维配置空间；在三维配置空间中标识障碍物并在每一目标时间点处截取s

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及自动驾驶轨迹规划
，特别是涉及一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法及系统。

技术介绍

[0002]自动驾驶轨迹规划的任务主要是利用地图数据、感知数据、定位数据以及车辆状态等信息，计算出一个无碰撞可执行的轨迹，保证自动驾驶车辆从起点安全地驾驶到目的地，并尽可能高效。其问题的本质是一个多目标的数学优化问题，其主要的优化目标主要包括：安全性、稳定性、舒适性、驾驶效率，然而在实际的驾驶场景中，还应包括车辆的加减速度约束、非完整性约束以及动力学约束等各种物理约束。
[0003]若不考虑自动驾驶车辆在z方向的移动，轨迹规划问题是一个三维的问题，即规划模块输出的轨迹应该是位置关于时间的函数。目前主要有两种自动驾驶轨迹规划框架：在Fren
é
t坐标系下的解耦规划以及直接在三维时空下的轨迹规划。前者将三维规划解耦为路径规划和速度规划(或者纵向规划和横向规划)，然后合并为一条时空轨迹。这种方法虽然减少了规划问题的复杂度，但是缺少特定维度的信息，容易产生次优解。后者则直接考虑时空中的机动，直接在三维空间中处理规划问题，因此结果一般是全局最优的。虽然三维轨迹规划器的速度比解耦方法慢，但它能更好地平衡计算速度和求解质量之间的关系。
[0004]现有技术无论是在笛卡尔坐标系还是在Fren
é
t下进行规划，大多均采用采样的方法获得轨迹。然而，通过采样得到的轨迹均是次优的，无法满足最优性，且可能存在原本存在可行的轨迹，但因其并未被采样到，从而产生规划失败的可能。除此之外，采样的方法并不能确定采样轨迹之间是否存在障碍物的情况，因其只能检测被采样轨迹的安全性，故若采样轨迹之间存在不确定性的微小障碍物，其无法处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法及系统，通过获取时空走廊进行轨迹规划，能够得到最优的规划轨迹，并且得到的最优规划轨迹中不会存在有障碍物的情况，提高了自动驾驶轨迹规划的准确性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法，包括：
[0008]实时获取自车的位姿信息和自车周围的障碍物；
[0009]根据所述自车的位姿信息确定所述自车行驶的参考线，将所述参考线由笛卡尔坐标系转换到Fren
é
t坐标系下，基于所述Fren
é
t坐标系的s轴和l轴并引入时间t轴构建三维配置空间；所述s轴、所述l轴和所述t轴相互垂直；
[0010]根据所述障碍物出现的时间将规划时域内的所述障碍物在所述三维配置空间中进行表示；
[0011]在每一目标时间点处截取所述三维配置空间的s
‑
l平面，得到每一所述目标时间
点处的二维凸子空间；截取的所述s
‑
l平面中除所述障碍物构成区域外的其他区域包括多个所述二维凸子空间；所述目标时间点为至少一个所述障碍物首次出现的时间点和/或至少一个所述障碍物末次出现的时间点或所述规划时域内的时间边界点；
[0012]对每相邻两个所述目标时间点处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；
[0013]根据所述自车在所述规划时域内的粗略轨迹和所有所述三维凸子空间确定轨迹规划的时空走廊；
[0014]根据所述时空走廊和所述粗略轨迹进行纵向轨迹的优化和横向轨迹的优化，并根据优化后的纵向轨迹和优化后的横向轨迹确定自动驾驶轨迹。
[0015]可选的，所述在每一目标时间点处截取所述三维配置空间的s
‑
l平面，得到每一所述目标时间点处的二维凸子空间，具体包括：
[0016]在所述规划时域内的时间边界点处分别进行一次所述s
‑
l平面的截取，得到起始时间点处的所述s
‑
l平面和终止时间点处的所述s
‑
l平面；所述起始时间点处的所述s
‑
l平面中包括所述起始时间处存在的所有所述障碍物对应的区域；所述终止时间点处的所述s
‑
l平面包括所述终止时间处存在的所有所述障碍物对应的区域；
[0017]在每一所述目标时间点t
j
处分别进行两次所述s
‑
l平面的截取；
[0018]当所述目标时间点t
j
处为所述障碍物首次出现的时间点，则第一次截取的所述s
‑
l平面中不包括首次出现的所述障碍物，第二次截取的所述s
‑
l平面中包括首次出现的所述障碍物；
[0019]当所述目标时间点处为所述障碍物末次出现的时间点，则第一次截取的所述s
‑
l平面中包括末次出现的所述障碍物，第二次截取的所述s
‑
l平面中不包括末次出现的所述障碍物。
[0020]可选的，所述对每相邻两个所述目标时间点处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间，具体包括：
[0021]定义所述目标时间点t
j
处，第一次截取的所述二维凸子空间记为目标时间点t
j，1
处的所述二维凸子空间，第二次截取的所述二维凸子空间记为目标时间点t
j，2
处的所述二维凸子空间；j＝1，...，m；
[0022]将所述目标时间点t
j，1
处的所有所述二维凸子空间与目标时间点t
j
‑
1，2
处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；当j＝1时，所述目标时间点t
j
‑
1，2
处的所有所述二维凸子空间为所述起始时间点处的所述s
‑
l平面包括的所述二维凸子空间；
[0023]将所述目标时间点t
j，2
处的所有所述二维凸子空间与目标时间点t
j+1，1
处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；当j＝m时，所述目标时间点t
j+1，1
处的所有所述二维凸子空间为所述终止时间点处的所述s
‑
l平面包括的所述二维凸子空间。
[0024]可选的，所述根据所述自车在所述规划时域内的粗略轨迹和所有所述三维凸子空间确定轨迹规划的时空走廊，具体包括：
[0025]对每一所述三维凸子空间，判断所述三维凸子空间中是否存在粗略轨迹点；
[0026]根据所有存在所述粗略轨迹点的所述三维凸子空间构建所述时空走廊。
[0027]可选的，所述根据所述时空走廊和所述粗略轨迹进行纵向轨迹的优化和横向轨迹的优化，具体包括：
[0028]将所述时空走廊和所述粗略轨迹沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空走廊的自动驾驶轨迹规划方法，其特征在于，包括：实时获取自车的位姿信息和自车周围的障碍物；根据所述自车的位姿信息确定所述自车行驶的参考线，将所述参考线由笛卡尔坐标系转换到Fren
é
t坐标系下，基于所述Fren
é
t坐标系的s轴和l轴并引入时间t轴构建三维配置空间；所述s轴、所述l轴和所述t轴相互垂直；根据所述障碍物出现的时间将规划时域内的所述障碍物在所述三维配置空间中进行表示；在每一目标时间点处截取所述三维配置空间的s
‑
l平面，得到每一所述目标时间点处的二维凸子空间；截取的所述s
‑
l平面中除所述障碍物构成区域外的其他区域包括多个所述二维凸子空间；所述目标时间点为至少一个所述障碍物首次出现的时间点和/或至少一个所述障碍物末次出现的时间点或所述规划时域内的时间边界点；对每相邻两个所述目标时间点处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；根据所述自车在所述规划时域内的粗略轨迹和所有所述三维凸子空间确定轨迹规划的时空走廊；根据所述时空走廊和所述粗略轨迹进行纵向轨迹的优化和横向轨迹的优化，并根据优化后的纵向轨迹和优化后的横向轨迹确定自动驾驶轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在每一目标时间点处截取所述三维配置空间的s
‑
l平面，得到每一所述目标时间点处的二维凸子空间，具体包括：在所述规划时域内的时间边界点处分别进行一次所述s
‑
l平面的截取，得到起始时间点处的所述s
‑
l平面和终止时间点处的所述s
‑
l平面；所述起始时间点处的所述s
‑
l平面中包括所述起始时间处存在的所有所述障碍物对应的区域；所述终止时间点处的所述s
‑
l平面包括所述终止时间处存在的所有所述障碍物对应的区域；在每一所述目标时间点t
j
处分别进行两次所述s
‑
l平面的截取；当所述目标时间点t
i
处为所述障碍物首次出现的时间点，则第一次截取的所述s
‑
l平面中不包括首次出现的所述障碍物，第二次截取的所述s
‑
l平面中包括首次出现的所述障碍物；当所述目标时间点处为所述障碍物末次出现的时间点，则第一次截取的所述s
‑
l平面中包括末次出现的所述障碍物，第二次截取的所述s
‑
l平面中不包括末次出现的所述障碍物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对每相邻两个所述目标时间点处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间，具体包括：定义所述目标时间点t
j
处，第一次截取的所述二维凸子空间记为目标时间点t
j，1
处的所述二维凸子空间，第二次截取的所述二维凸子空间记为目标时间点t
j，2
处的所述二维凸子空间；j＝1，...，m；将所述目标时间点t
j，1
处的所有所述二维凸子空间与目标时间点t
j
‑
1，2
处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；当j＝1时，所述目标时间点t
j
‑
1，2
处的所有所述二维凸子空间为所述起始时间点处的所述s
‑
l平面包括的所述二维凸子空间；将所述目标时间点t
j，2
处的所有所述二维凸子空间与目标时间点t
j+1，1
处的所有所述二维凸子空间根据位置对应关系进行匹配并由每一匹配的二维凸子空间构成三维凸子空间；当j＝m时，所述目标时间点t
j+1，1
处的所有所述二维凸子空间为所述终止时间点处的所述s
‑
l平面包括的所述二维凸子空间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述自车在所述规划时域内的粗略轨迹和所有所述三维凸子空间确定轨迹规划的时空走廊，具体包括：对每一所述三维凸子空间，判断所述三维凸子空间中是否存在粗略轨迹点；根据所有存在所述粗略轨迹点的所述三维凸子空间构建所述时空走廊。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述时空走廊和所述粗略轨迹进行纵向轨迹的优化和横向轨迹的优化，具体包括：将所述时空走廊和所述粗略轨迹沿所述配置空间的l轴投影到s
‑
t平面，得到S
‑
T图；对所述S
‑
T图的时间轴进行离散得到离散时间点；对每一所述离散时间点处的纵向位置、纵向速度和纵向加速度依据纵向轨迹优化代价函数、纵向轨迹不等式约束和纵向轨迹等式约束进行优化，得到所述优化后的纵向轨迹；将所述时空走廊和所述粗略轨迹沿所述配置空间的s轴投影到l
‑
t平面，得到L
‑
T图；对所述L
‑
T图的时间轴进行离散得到离散时间点；对每一所述离散时间点处...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗均，袁梦佳，蒲华燕，马捷，黄静，陈永兵，刘鸿亮，沈暗明，孙浩南，
申请(专利权)人：重庆长安望江工业集团有限公司上海大学，
类型：发明
国别省市：