轨迹规划方法和装置、电子设备和存储介质与流程

本申请属于自动驾驶，具体涉及一种轨迹规划方法和装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、近年来自动驾驶技术快速发展，其目标通常是控制车辆自主沿道路行进，在尽快到达目的地的同时保证本车的安全，亦确保不对其它交通参与者的安全造成直接或者间接的威胁。

2、为实现上述目标，自动驾驶软件需要多个关键系统，轨迹规划系统即为其中之一。轨迹规划的目标为规划一条满足车辆动力学要求的轨迹，此轨迹需要能够规避周围障碍物(车辆，行人，静态障碍物等)，且满足决策层指令(保持车道，变道，靠边停车)，稳定可靠的轨迹规划是保障自动驾驶功能可用性的基础之一。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种轨迹规划方法，其用于解决如何实现自动驾驶轨迹规划的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种轨迹规划方法，所述方法包括：

3、获取目标车辆的场景信息以生成时空走廊，其中，所述时空走廊包括在s-l-t三维空间内对应多个时间切片的多个台阶，所述台阶为所述目标车辆在对应时间切片内的可行驶范围；

4、基于所述目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，其中，所述状态量包括位置、速度和加速度的至少其中之一，所述控制量包括冲击度；

5、在所述时空走廊的约束下，基于所述轨迹代价函数规划所述目标车辆在多个台阶内的行驶轨迹，其中，所述行驶轨迹包括与所述多个台阶分别对应的多个样条曲线分段，所述时空走廊的约束包括对目标车辆状态量的等式约束、以及对目标车辆状态量和控制量的不等式约束。

6、一实施例中，基于所述目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，具体包括：

7、基于所述目标车辆的状态量构建状态代价子函数，其中，所述状态代价子函数包括状态分量权重，所述状态分量权重与所述位置、速度和加速度对应；

8、基于所述目标车辆的控制量构建控制代价子函数，其中，所述控制代价子函数包括控制分量权重，所述控制分量权重与所述冲击度对应；

9、基于所述状态代价子函数和控制代价子函数，构建轨迹代价函数。

10、一实施例中，所述方法还包括：

11、基于所述时空走廊相邻各台阶中样条曲线分段状态量的连续性，构建对目标车辆状态量的等式约束；

12、和/或，所述样条曲线分段为三次样条曲线。

13、一实施例中，对目标车辆状态量和控制量的不等式约束包括联合约束；

14、所述方法还包括：

15、基于所述时空走廊和贝塞尔曲线，构建对目标车辆状态量和控制量的初始联合约束，其中，所述初始联合约束为对贝塞尔曲线控制点的约束；

16、确定样条曲线和贝塞尔曲线的系数映射；

17、基于所述初始联合约束和系数映射，构建对目标车辆状态量和控制量的联合约束。

18、一实施例中，所述方法具体包括：

19、将所述时空走廊投影至s-t平面和/或l-t平面，其中，所述s-t平面为可行驶纵向轨迹与时间关联的平面，所述l-t平面为可行驶横向轨迹与时间关联的平面；

20、确定所述时空走廊中相邻的各台阶在所述s-t平面和/或l-t平面上的交接边界；

21、以所述交接边界约束对应台阶中贝塞尔曲线的起始控制点和/或终止控制点。

22、一实施例中，所述方法还包括：

23、基于所述时空走廊和贝塞尔曲线，构建对目标车辆控制量的初始约束，其中，所述初始约束为对贝塞尔曲线控制点的不等式约束；

24、确定样条曲线和贝塞尔曲线的系数映射；

25、基于所述初始约束和系数映射，构建对目标车辆控制量的约束。

26、一实施例中，在所述时空走廊的约束下，基于所述轨迹代价函数规划所述目标车辆在多个台阶内的行驶轨迹，具体包括：

27、在所述时空走廊的约束下，基于所述轨迹代价函数计算目标车辆与时间关联的纵向轨迹和横向轨迹；

28、合并所述纵向轨迹和横向轨迹，获得所述目标车辆的行驶轨迹。

29、本申请还提供一种轨迹规划装置，包括：

30、获取模块，用于获取目标车辆的场景信息以生成时空走廊，其中，所述时空走廊包括在s-l-t三维空间内对应多个时间切片的多个台阶，所述台阶为所述目标车辆在对应时间切片内的可行驶范围；

31、构建模块，用于基于所述目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，其中，所述状态量包括位置、速度和加速度的至少其中之一，所述控制量包括冲击度；

32、规划模块，用于在所述时空走廊的约束下，基于所述轨迹代价函数规划所述目标车辆在多个台阶内的行驶轨迹，其中，所述行驶轨迹包括与所述多个台阶分别对应的多个样条曲线分段，所述时空走廊的约束包括对目标车辆状态量的等式约束、以及对目标车辆状态量和控制量的不等式约束。

33、本申请还提供一种电子设备，包括：

34、至少一个处理器；以及

35、存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如上所述的轨迹规划方法。

36、本申请还提供一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如上所述的轨迹规划方法。

37、与现有技术相比，根据本申请的轨迹规划方法，可以基于目标车辆的场景信息生成时空走廊，并利用该时空走廊构建对目标车辆状态量的等式约束、以及对对目标车辆状态量和控制量的不等式约束，这样，结合基于目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，可以将目标车辆的轨迹规划转化为最优控制问题进行求解，保障车辆自动驾驶功能的可用性。

38、在另一个方面，利用三次样条曲线的微分平坦性，可以直接以三次样条曲线规划时空走廊各个台阶中的行驶轨迹，在保证行驶轨迹平滑的同时，减少最优控制求解所需的约束条件，提升车辆轨迹规划的效率。

39、在另一个方面，利用贝塞尔曲线的凸包性、端点性以及导数仍是贝塞尔曲线等性质，将用作轨迹规划的样条曲线和贝塞尔曲线进行系数映射，这样时空走廊可以从位置、速度、加速度、冲击度等多个方面对时空走廊中各台阶内的行驶轨迹施加硬约束，从而确保了规划出的行驶轨迹严格符合约束期望。

技术特征：

1.一种轨迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，基于所述目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，具体包括：

3.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，对目标车辆状态量和控制量的不等式约束包括联合约束；

5.根据权利要求4所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述方法具体包括：

6.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，在所述时空走廊的约束下，基于所述轨迹代价函数规划所述目标车辆在多个台阶内的行驶轨迹，具体包括：

8.一种轨迹规划装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括：

10.一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如权利要求1至7任一项所述的轨迹规划方法。

技术总结
本申请公开了一种轨迹规划方法和装置、电子设备和存储介质，其中该方法包括获取目标车辆的场景信息以生成时空走廊，其中，时空走廊包括在S‑L‑T三维空间内对应多个时间切片的多个台阶，台阶为目标车辆在对应时间切片内的可行驶范围；基于目标车辆的状态量和控制量构建轨迹代价函数，状态量包括位置、速度和加速度，控制量包括冲击度；在时空走廊的约束下，基于轨迹代价函数规划目标车辆在多个台阶内的行驶轨迹，行驶轨迹包括与多个台阶分别对应的多个样条曲线分段，时空走廊的约束包括对目标车辆状态量的等式约束、以及对目标车辆状态量和控制量的不等式约束。这样，可以实现自动驾驶中车辆行驶轨迹的自动规划，保障车辆自动驾驶功能的可用性。

技术研发人员：王泰翔,邹汉鹏,吕强
受保护的技术使用者：新石器慧通（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13