基于变量分离微分动态规划的轨迹生成方法、介质及设备技术

本发明专利技术公开一种基于变量分离微分动态规划的轨迹生成方法、介质及设备，该方法通过构建有约束的轨迹优化问题，并采用变量分离法将不等式约束处理为等式约束，结合更新拉格朗日乘子和更新惩罚项因子对轨迹优化问题进行求解，即可生成车体动力学光滑的轨迹，采用变量分离法对微分动态规划进行改造计算效率极高，且不需要部署优化算法包，在空间存储上具有明显优势。显优势。显优势。

【技术实现步骤摘要】
基于变量分离微分动态规划的轨迹生成方法、介质及设备


[0001]本专利技术属于自动驾驶车辆轨迹规划与控制
，具体涉及到一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法、介质及设备。

技术介绍

[0002]随着车辆信息化与智能化技术的飞速发展，自动驾驶成为最炙手可热的汽车应用方向。通常，车辆均行驶在结构化的道路上，根据结构化道路的中心点、道路边界等信息可以构建一系列车辆轨迹的参考点，进而生成车辆行驶的参考轨迹，有效降低车辆规划路径的查找时间和复杂度，进而降低整个规划算法的负载，意义十分突出。
[0003]现有的参考轨迹的生成大致可以分为两大类：直接求解法和间接求解法。直接求解法通常使用非线性求解器，比如SNOPT或者IPOPT进行求解，比如直接配置法(Direct Collocation, DIRCOL)，使用Hermite
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Simpson方法来对系统动态和代价函数同时进行积分；相关细节可以参考Matthew Kelly的论文“An Introduction to Trajectory Optimization本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：获取结构化道路信息，并对道路空间信息进行预处理，使道路空间信息具有笛卡尔坐标系下的具体坐标值；所述的道路信息包括路沿、车道、车道中心点坐标；其中，以车道中心点坐标为轨迹生成追踪目标，以路沿及车体动力学模型为约束信息；步骤2：结合车体动力学模型、轨迹追踪目标函数、约束函数，构建有约束的轨迹优化问题；所述约束包含等式约束和不等式约束；步骤3：针对步骤2中构建的轨迹优化问题采用变量分离法进行约束处理的迭代优化，在每一轮迭代优化中使用微分动态规划进行优化轨迹的求解，最终得到车体动力学光滑的生成轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于：所述的车体动力学模型构建如下：，其中，和分别表示车体轨迹的横向偏移和纵向偏移量，表示车速，表示车辆偏航角，表示曲率，表示曲率变化率；表示车体动力学系统状态，表示相应的系统控制，则所述的车体动力学模型可以表示为：，针对上述的车体动力学模型使用四阶龙格库塔法进行离散化，可得离散化的车体动力学模型如下：，其中，和分别表示离散化之后时刻的系统状态和控制变量。3.根据权利要求1所述的一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于：步骤1中，待追踪目标中心点为N个，则待追踪目标中心点的坐标数据集；相应的，所述的目标函数如下：，其中，表示终点代价(cost)，表示第步的过程代价；式中的与分别表示如下：，，其中，表示状态权重矩阵，且为半正定矩阵，表示控制权重矩阵，且为正定矩阵，和分别表示状态权重梯度向量和控制权重梯度向量，表示常数。
4.根据权利要求1所述的一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于：所述的约束函数构建如下：，其中，表示第个时间步的约束函数，表示终点约束函数。5.根据权利要求1所述的一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于：所述有约束的轨迹优化问题构建如下：，，，构建有约束的轨迹优化问题后，即可针对轨迹优化问题进行求解。6.根据权利要求1所述的一种基于变量分离微分动态规划的自动驾驶轨迹生成方法，其特征在于：步骤3中，对构建的轨迹优化问题进行求解，得到车体动力学光滑的生成轨迹，包括如下步骤：步骤3.1：采用变量分离法将不等式约束处理为等式约束；定义一个辅助变量，然后定义一个函数，其形式如下，，则目标函数可以增广为如下形式：，其中，和分别表示第步的拉格朗日乘子和惩罚因子；然后通过微分动态规划进行轨迹求解，得到反馈增益和前馈增益，并进行微分动态规划收敛判断；步骤3.2：更新拉格朗日乘子；，，其中，表示变量分离法迭代步...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏杰，
申请(专利权)人：上海友道智途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：