一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法及系统，其包括：S1，获取当前自车位姿信息、障碍物信息、地图信息和参考路径；S2，从所有障碍物中选出当前车辆位置前方参考路径的道路宽度范围内的障碍物，进行分类，并为分类后的每一障碍物分配对应的避障决策；S3，根据参考路径和当前自车位姿信息进行局部轨迹规划，生成一系列候选局部轨迹；S4，取出代价最低的候选局部轨迹,根据步骤S2生成的避障决策选择碰撞检测方法，进行障碍物与候选局部轨迹的碰撞检测，若该候选局部轨迹发生碰撞，则剔除该候选局部轨迹并重新执行步骤S4，直至获得代价最低的候选局部轨迹；S5，对步骤S4获得的无碰撞候选局部轨迹进行插值，得到局部轨迹。部轨迹。部轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能汽车轨迹规划
，特别是关于一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法及系统。

技术介绍

[0002]近几年来，由于城市化导致的交通拥堵、交通安全问题频发。而自动驾驶技术对于缓解道路拥堵、提高行车安全等方面有重大帮助。因此对车辆自动驾驶相关技术的研究成为各个领域专家学者关注的焦点。车辆自动驾驶系统通常由五个模块组成，分别是环境感知模块、地图模块、定位模块、决策规划模块和跟踪控制模块。其中，决策规划模块又由全局规划、行为决策和局部规划三大功能组成。其中局部规划是自动驾驶避障功能实现的关键步骤，其根据全局路径、障碍物信息、车辆状态信息实时生成出不与障碍物碰撞的车辆安全行驶轨迹。目前常用的车辆局部规划算法包含动态窗口法(DWA，dynamic window approach)、时间弹性带法(TEB，Time Elastic Band)、人工势场法(APF，Artificial Potential Field)、快速搜索随机树(RRT，Rapid
‑
exploration Random Tree)和状态栅格(State
‑
Lattice)等，它们能可靠地进行局部轨迹规划并避让车辆前方的障碍物。在车辆实际驾驶中会遇到路坑、碎石、它车、行人、路旁树枝等多种类型的障碍物。但现有局部轨迹规划算法在进行避障时，均采用绕行避让的方式，并未对不同类型的障碍物采用不同的避障方案。这并不符合人类的驾驶习惯，且会造成局部的曲率突变。同时，过多的、不必要的避障也会降低自动驾驶车辆的通行效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，用于生成安全、平滑的局部轨迹。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其包括：
[0005]S1，获取当前自车位姿信息、当前车辆位姿下周边环境中的障碍物信息、地图信息和参考路径；
[0006]S2，从所有障碍物中选择出当前车辆位置前方所述参考路径的道路宽度范围内的障碍物，进行分类，并为分类后的每一障碍物分配对应的避障决策；
[0007]S3，根据所述参考路径和当前自车位姿信息进行局部轨迹规划，生成一系列候选局部轨迹，并依据评价函数为每一条候选局部轨迹分配代价；
[0008]S4，取出曲线坐标下代价最低的候选局部轨迹,将其转换至大地坐标下,根据所述步骤S2生成的所述避障决策选择碰撞检测方法，进行障碍物与候选局部轨迹的碰撞检测，若该候选局部轨迹发生碰撞，则剔除该候选局部轨迹并重新执行步骤S4，直至获得一条大地坐标下代价最低的无碰撞候选局部轨迹；
[0009]S5，对步骤S4获得的大地坐标系下代价最低的无碰撞候选局部轨迹进行插值，得
到局部轨迹。
[0010]2.如权利要求1所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
[0011]S21，依据障碍物速度v
obs
是否为零进行分类，速度v
obs
为零的障碍物作为静态障碍物，速度v
obs
不为零的障碍物作为动态障碍物；
[0012]S22，为分类后的每一障碍物分配对应的避障决策，其具体包括：
[0013]对于所述步骤S21判定的对于动态障碍物，采用绕行避障决策。
[0014]进一步地，S22中，对于所述步骤S21判定的静态障碍物，将其三维边界框或三维包围盒参数与车辆参数对比，依据对比结果获取避障决策，在考虑安全裕量的情况下，具体包括：
[0015]a1，依据大地坐标系中静态障碍物三维边界框或三维包围盒中心点的高度参数z
obs
与静态障碍物三维边界框或三维包围盒的高度参数h
obs
，计算静态障碍物的最高点与最低点，并进入步骤b1；
[0016]b1，判断最高点的高度是否低于第一预设值、以及判断最低点的高度是否高于第二预设值，若最高点的高度低于第一预设值，则进入步骤c1；若最低点的高度高于第二预设值，则对该静态障碍物采取穿越避障决策；若最高点的高度高于第一预设值且低于第二预设值，或者，最低点的高度高于第一预设值且低于第二预设值，或者，最低点的高度低于第一预设值且最高点的高度高于第二预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；
[0017]c1，判断该静态障碍物三维边界框或三维包围盒宽度w
obs
和长度l
obs
与第三预设值的大小关系，若w
obs
或l
obs
大于等于第三预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；若w
obs
与l
obs
同时小于第三预设值，则对该静态障碍物采取跨越避障决策。
[0018]进一步地，S22中，对于所述步骤S21判定的静态障碍物，将其三维边界框或三维包围盒参数与车辆参数对比，依据对比结果获取避障决策，具体包括：
[0019]a2，依据大地坐标系中静态障碍物三维边界框或三维包围盒中心点的高度参数z
obs
与静态障碍物三维边界框或三维包围盒的高度参数h
obs
，计算静态障碍物的最高点与最低点，并进入步骤b2；
[0020]b2，判断最高点的高度是否低于车辆底盘高度H
l
、以及判断最低点的高度是否高于车辆整车高度H
h
，若最高点的高度低于车辆底盘高度H
l
，则进入步骤c2；若最低点的高度高于车辆整车高度H
h
，则对该静态障碍物采取穿越避障决策；若最高点的高度高于车辆底盘高度H
l
且低于车辆整车高度H
h
，或者，最低点的高度高于车辆底盘高度H
l
且低于车辆整车高度H
h
，或者，最低点的高度低于车辆底盘高度H
l
且最高点的高度高于车辆整车高度H
h
，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；
[0021]c2，判断该静态障碍物三维边界框或三维包围盒宽度w
obs
和长度l
obs
与第四预设值的大小关系，若w
obs
不小于第四预设值，或者，l
obs
不小于第四预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；若w
obs
小于第四预设值，并且，l
obs
小于第四预设值，则对该静态障碍物采取跨越避障决策，其中，第四预设值依据轮距L
b
和车轮宽度d确定。
[0022]进一步地，所述步骤S3具体包括：
[0023]S31，将自车大地坐标、参考路径进行曲线坐标转换；
[0024]S32，采用多次多项式方法或多阶贝塞尔曲线方法生成横向候选局部轨迹；
[0025]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，包括：S1，获取当前自车位姿信息、当前车辆位姿下周边环境中的障碍物信息、地图信息和参考路径；S2，从所有障碍物中选择出当前车辆位置前方所述参考路径的道路宽度范围内的障碍物，进行分类，并为分类后的每一障碍物分配对应的避障决策；S3，根据所述参考路径和当前自车位姿信息进行局部轨迹规划，生成一系列候选局部轨迹，并依据评价函数为每一条候选局部轨迹分配代价；S4，取出曲线坐标下代价最低的候选局部轨迹,将其转换至大地坐标下,根据所述步骤S2生成的所述避障决策选择碰撞检测方法，进行障碍物与候选局部轨迹的碰撞检测，若该候选局部轨迹发生碰撞，则剔除该候选局部轨迹并重新执行步骤S4，直至获得一条大地坐标下代价最低的无碰撞候选局部轨迹；S5，对步骤S4获得的大地坐标系下代价最低的无碰撞候选局部轨迹进行插值，得到局部轨迹。2.如权利要求1所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21，依据障碍物速度v
obs
是否为零进行分类，速度v
obs
为零的障碍物作为静态障碍物，速度v
obs
不为零的障碍物作为动态障碍物；S22，为分类后的每一障碍物分配对应的避障决策，其具体包括：对于所述步骤S21判定的对于动态障碍物，采用绕行避障决策。3.如权利要求2所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，S22中，对于所述步骤S21判定的静态障碍物，将其三维边界框或三维包围盒参数与车辆参数对比，依据对比结果获取避障决策，在考虑安全裕量的情况下，具体包括：a1，依据大地坐标系中静态障碍物三维边界框或三维包围盒中心点的高度参数z
obs
与静态障碍物三维边界框或三维包围盒的高度参数h
obs
，计算静态障碍物的最高点与最低点，并进入步骤b1；b1，判断最高点的高度是否低于第一预设值、以及判断最低点的高度是否高于第二预设值，若最高点的高度低于第一预设值，则进入步骤c1；若最低点的高度高于第二预设值，则对该静态障碍物采取穿越避障决策；若最高点的高度高于第一预设值且低于第二预设值，或者，最低点的高度高于第一预设值且低于第二预设值，或者，最低点的高度低于第一预设值且最高点的高度高于第二预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；c1，判断该静态障碍物三维边界框或三维包围盒宽度w
obs
和长度l
obs
与第三预设值的大小关系，若w
obs
或l
obs
大于等于第三预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；若w
obs
与l
obs
同时小于第三预设值，则对该静态障碍物采取跨越避障决策。4.如权利要求2所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，S22中，对于所述步骤S21判定的静态障碍物，将其三维边界框或三维包围盒参数与车辆参数对比，依据对比结果获取避障决策，具体包括：a2，依据大地坐标系中静态障碍物三维边界框或三维包围盒中心点的高度参数z
obs
与静态障碍物三维边界框或三维包围盒的高度参数h
obs
，计算静态障碍物的最高点与最低点，并进入步骤b2；
b2，判断最高点的高度是否低于车辆底盘高度H
l
、以及判断最低点的高度是否高于车辆整车高度H
h
，若最高点的高度低于车辆底盘高度H
l
，则进入步骤c2；若最低点的高度高于车辆整车高度H
h
，则对该静态障碍物采取穿越避障决策；若最高点的高度高于车辆底盘高度H
l
且低于车辆整车高度H
h
，或者，最低点的高度高于车辆底盘高度H
l
且低于车辆整车高度H
h
，或者，最低点的高度低于车辆底盘高度H
l
且最高点的高度高于车辆整车高度H
h
，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；c2，判断该静态障碍物三维边界框或三维包围盒宽度w
obs
和长度l
obs
与第四预设值的大小关系，若w
obs
不小于第四预设值，或者，l
obs
不小于第四预设值，则对该静态障碍物采取绕行避障决策；若w
obs
小于第四预设值，并且，l
obs
小于第四预设值，则对该静态障碍物采取跨越避障决策，其中，第四预设值依据轮距L
b
和车轮宽度d确定。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31，将自车大地坐标、参考路径进行曲线坐标转换；S32，采用多次多项式方法或多阶贝塞尔曲线方法生成横向候选局部轨迹；S33，利用d(t)与s(t)为每一条横向候选局部轨迹与纵向候选局部轨迹分配相应的代价，d(t)、s(t)分别表示车辆在曲线坐标下横、纵向位移随时间的变化；横向候选局部轨迹的代价计算公式表示为式(11)：其中，k
j
、k
t
、k
d
、k
Δd
分别表示权重系数，T表示由采样生成的横向候选局部轨迹末端时刻，d
p
(T)表示上一个规划周期选择的最优局部轨迹对应的末端横向位移采样值，d(T)表示当前横向候选局部轨迹在末端时刻的横向位移，表示车辆横向加速度；纵向候选局部轨迹的代价计算公式表示为式(12)：其中，k
j
、k
t
、分别表示权重系数，s
d
(T)表示在末端时刻期望达到的目标纵向位移，表示在末端时刻期望达到的目标纵向速度，s(T)表示当前纵向候选局部轨迹在末端时刻的纵向位移，表示当前纵向候选局部轨迹在末端时刻的纵向速度，表示车辆纵向加速度；S34，将采样时间相同的曲线坐标横、纵向候选局部轨迹合成为一条曲线坐标系下的候选局部轨迹，其代价函数表示为式(13)：C
total
＝k
lat
·
C
d
+k
lon
·
C
s
ꢀꢀꢀꢀ
(13)其中，k
lat
、k
lon
分别表示权重系数；6.如权利要求1
‑
4中任一项所述的具备多型避障方式的车辆局部轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：取出代价最低的候选局部轨迹，通过候选局部轨迹在曲线坐标系下各轨迹点(s
i
，d
i
)定位到其对应大地坐标下参考路径的路径点n＝(x
n
，y
n
，θ
n
)，以点n作为曲线坐标系转换至大
地坐标系的投影点，利用下式(14)计算该候选局部轨迹点在大地坐标系下的坐标(x
i
，y
i
)，再计算候选局部轨迹点角度θ
i
以及曲率k
i
，如式(15)所示：，如式(15)所示：其中，(x
i+1
，y
i+1
，θ
i+1
)、(x
i
‑1，y
i
‑1，θ

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，王佳龙，徐彪，秦晓辉，王晓伟，秦洪懋，秦兆博，谢国涛，胡满江，边有钢，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学无锡智能控制研究院，
类型：发明
国别省市：