轨迹规划方法、装置、设备、存储介质与流程

本发明涉及自动驾驶领域，具体涉及一种轨迹规划方法、装置、设备、存储介质。

背景技术：

1、随着人工智能的发展，自动驾驶技术在近年来也得到了巨大的发展。为了实现自动驾驶，需要包括定位、环境感知、融合预测、决策、规划以及底层控制等在内的多个关键系统，轨迹规划系统即为其中之一。轨迹规划系统需要规划一条满足车辆动力学要求的轨迹，该轨迹既需要满足决策层指令且能避免与周围障碍物碰撞。

2、作为现有技术，轨迹规划包括如下等方法：采用枚举出轨迹簇然后根据成本函数筛选出最优轨迹的方法；建立神经网络模型，采用机器学习的方法；利用几何约束条件生成轨迹随机数的新节点，最后修剪轨迹节点并平滑轨迹的方法；采用hermite插值方法在选定的可行驶领域进行轨迹规划；以及基于改进的人工势场方法规划出安全可行的行驶轨迹。然而上述现有技术存在计算成本高，计算效率低，没有考虑车辆运动学或车辆动力学特性等问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种轨迹规划方法、装置、设备、存储介质，其将车辆运动学特性考虑在内，并且对于计算资源的要求较低，计算速度快。

2、根据本发明的一个方面，提供一种轨迹规划方法，包括如下步骤：基于车辆信息、环境信息以及终点信息获取预定规划区间的参考轨迹；基于所述车辆信息、所述参考轨迹建立道路坐标系下的车辆运动学模型；以及根据所述参考轨迹、所述车辆信息以及所述车辆运动学模型，利用模型预测控制器确定预定规划区间中控制量的序列，并基于所述控制量的序列获得最终轨迹。

3、优选地，根据所述参考轨迹、所述车辆信息以及所述车辆运动学模型，利用模型预测控制器确定预定规划区间中控制量的序列，并基于所述控制量的序列获得最终轨迹，包括：对所述车辆运动学模型进行线性化，获得时间域线性化车辆模型以及空间域线性化车辆模型；所述模型预测控制器包括纵向控制模型以及横向控制模型，设计纵向控制模型的成本函数及横向控制模型的成本函数，基于所述纵向控制模型的成本函数、所述横向控制模型的成本函数、所述时间域线性化车辆模型以及所述空间域线性化车辆模型确定预定规划区间的控制量的序列；以及基于所述控制量的序列获取最终轨迹。

4、优选地，所述控制量包括：期望加速度以及期望前轮偏角。

5、优选地，基于车辆的质心偏角β以及航偏角较小的情况，对所述车辆运动学模型进行线性化，获得所述时间域线性化车辆模型以及所述空间域线性化车辆模型。

6、优选地，所述纵向控制模型建立于时间域，其状态量包括纵向位置、速度以及加速度，基于所述纵向控制模型的成本函数及所述时间域线性化车辆模型确定所述控制量中的所述期望加速度的序列。

7、优选地，所述横向控制模型建立于空间域，其状态量包括横向位置、偏航角以及前轮偏角，基于所述横向控制模型的成本函数及所述空间域线性化车辆模型确定所述控制量中的所述期望前轮偏角的序列。

8、优选地，所述纵向控制模型的成本函数包括第一子项与第二子项，第一子项表示状态成本与控制成本的最小化，第二子项表示末态成本。

9、优选地，所述横向控制模型的成本函数包括第三子项与第四子项，第三子项表示状态成本与控制成本的最小化，第四子项表示末态成本。

10、优选地，所述纵向控制模型的成本函数包括纵向位置误差、速度误差、加速度误差及期望加速度所对应的权重。

11、优选地，所述纵向控制模型的成本函数包括横向位置误差、偏航角、前轮偏角及期望前轮偏角所对应的权重。

12、优选地，基于车辆信息、环境信息以及终点信息获取预定规划区间的参考轨迹，包括：基于车辆信息以及终点信息进行全局轨迹规划，获得从起点至终点的全局轨迹；以及基于环境信息以及全局轨迹判断是否会发生碰撞，若会碰撞，则进行局部轨迹规划，以获得所述参考轨迹，若不会碰撞，则基于所述全局轨迹获取所述参考轨迹。

13、根据本发明的另一个方面，提供一种轨迹规划装置，包括：参考轨迹获取模块，用于基于车辆信息、环境信息以及终点信息获取预定规划区间的参考轨迹；模型建立模块，用于基于所述车辆信息、所述参考轨迹建立道路坐标系下的车辆运动学模型；以及最终轨迹获取模块，用于根据所述参考轨迹、所述车辆信息以及所述车辆运动学模型，利用模型预测控制器确定预定规划区间中控制量的序列，并基于所述控制量的序列获得最终轨迹。

14、根据本发明的另一个方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行上述轨迹规划方法。

15、根据本发明的另一个方面，提供一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储用于计算设备执行的指令，所述计算设备执行所述指令时，实现上述轨迹规划方法。

技术特征：

1.一种轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，根据所述参考轨迹、所述车辆信息以及所述车辆运动学模型，利用模型预测控制器确定预定规划区间中控制量的序列，并基于所述控制量的序列获得最终轨迹，包括：

3.如权利要求2所述的轨迹规划方法，其特征在于，

4.如权利要求2或3所述的轨迹规划方法，其特征在于，

5.如权利要求3所述的轨迹规划方法，其特征在于，

6.如权利要求3所述的轨迹规划方法，其特征在于，

7.如权利要求5所述的轨迹规划方法，其特征在于，

8.如权利要求6所述的轨迹规划方法，其特征在于，

9.如权利要求5或7所述的轨迹规划方法，其特征在于，

10.如权利要求6或8所述的轨迹规划方法，其特征在于，

11.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，基于车辆信息、环境信息以及终点信息获取预定规划区间的参考轨迹，包括：

12.一种轨迹规划装置，其特征在于，包括：

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行如权利要求1至11任一项所述的方法。

14.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储用于计算设备执行的指令，所述计算设备执行所述指令时，实现如权利要求1至11任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供一种轨迹规划方法、装置、设备、存储介质。该轨迹规划方法包括如下步骤：基于车辆信息、环境信息以及终点信息获取预定规划区间的参考轨迹；基于所述车辆信息、所述参考轨迹建立道路坐标系下的车辆运动学模型；以及根据所述参考轨迹、所述车辆信息以及所述车辆运动学模型，利用模型预测控制器确定预定规划区间中控制量的序列，并基于所述控制量的序列获得最终轨迹。本发明将车辆运动学特性考虑在内，并且对于计算资源的要求较低，计算速度快。

技术研发人员：商智颖,尤欢
受保护的技术使用者：大陆智行科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12