拖挂车的轨迹控制方法及装置

本申请涉及智能驾驶，特别涉及一种拖挂车的轨迹控制方法及装置。

背景技术：

1、自主驾驶的牵引车与拖车系统在实际生产生活的应用中，能够提高运输效率和燃油经济性，减少人力成本，而拖挂系统的铰链约束在不同应用环境下存在前后运动状态的参差，使得长拖挂车体存在甩尾不当等驾驶风险。

2、相关技术中，可通过车辆的轨迹规划模块，采用随机采样、优化迭代或图搜索等规划方法计算拖挂车的无碰撞规划轨迹，以控制和跟踪规划轨迹。

3、然而，相关技术中，因含带铰链结构的拖挂车运动学模型较常规车辆更加复杂，使现有轨迹规划方法在高维状态空间中搜索效率不佳，且现有拖挂车运动规划局限于同类型铰链结构或单节全挂车的拖挂车系统，无法针对不同铰链结构、挂车类型和拖挂节数的拖挂车实现通用规划，未能满足拖挂车路径规划的普适性需求，导致轨迹路径跟踪误差较大，轨迹求解速度较低，使拖挂车轨迹规划控制的准确性和实用性不足，亟待解决。

技术实现思路

1、本申请提供一种拖挂车的轨迹控制方法及装置，以解决相关技术中，因含带铰链结构的拖挂车运动学模型较常规车辆更加复杂，使现有轨迹规划方法在高维状态空间中搜索效率不佳，且现有拖挂车运动规划局限于同类型铰链结构或单节全挂车的拖挂车系统，无法针对不同铰链结构、挂车类型和拖挂节数的拖挂车实现通用规划，未能满足拖挂车路径规划的普适性需求，导致轨迹路径跟踪误差较大，轨迹求解速度较低，使拖挂车轨迹规划控制的准确性和实用性不足等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种拖挂车的轨迹控制方法，包括以下步骤：获取目标拖挂车的传感器信息和至少一个工作估计参数，基于所述传感器信息和所述至少一个工作估计参数计算所述目标拖挂车的初始轨迹解；根据所述传感器信息构建当前环境中至少一个目标障碍物的多面体模型，利用所述多面体模型生成所述目标拖挂车的碰撞约束和目标最小距离；根据所述目标最小距离得到预设控制屏障函数的函数时域，基于所述碰撞约束、所述函数时域和所述初始轨迹解，由目标模型预测控制函数计算所述目标拖挂车的优化轨迹解，以利用所述优化轨迹解生成所述目标拖挂车的轨迹控制动作，并执行所述轨迹控制动作。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述传感器信息和所述至少一个工作估计参数计算所述目标拖挂车的初始轨迹解，包括：根据所述传感器信息生成所述当前环境的膨胀地图；由所述至少一个工作估计参数构建所述目标拖挂车的运动学模型，对所述运动学模型添加至少一个预设约束条件，得到约束条件下的运动学模型；基于所述膨胀地图和所述约束条件下的运动学模型，利用目标搜索算法计算所述初始轨迹解。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，在利用所述目标搜索算法计算所述初始轨迹解之前，还包括：基于所述当前环境的所有目标障碍物计算环境复杂度，利用所述环境复杂度得到预设搜索算法的目标间隔；基于所述目标间隔更新所述预设搜索算法的节点扩展间隔，并设置更新后的预设搜索算法的节点扩展初始点为节点起点和节点目标点，得到所述目标搜索算法。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用所述多面体模型生成所述目标拖挂车的碰撞约束和目标最小距离，包括：基于所述多面体模型，分别计算所述当前环境的所有目标障碍物中每个目标障碍物和所述目标拖挂车中每个车节之间的最小距离，得到多个最小距离；根据预设最小值条件，在所述多个最小距离中提取所述目标最小距离。

6、本申请第二方面实施例提供一种拖挂车的轨迹控制装置，包括：获取模块，用于获取目标拖挂车的传感器信息和至少一个工作估计参数，基于所述传感器信息和所述至少一个工作估计参数计算所述目标拖挂车的初始轨迹解；生成模块，用于根据所述传感器信息构建当前环境中至少一个目标障碍物的多面体模型，利用所述多面体模型生成所述目标拖挂车的碰撞约束和目标最小距离；控制模块，用于根据所述目标最小距离得到预设控制屏障函数的函数时域，基于所述碰撞约束、所述函数时域和所述初始轨迹解，由目标模型预测控制函数计算所述目标拖挂车的优化轨迹解，以利用所述优化轨迹解生成所述目标拖挂车的轨迹控制动作，并执行所述轨迹控制动作。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块包括：生成单元，用于根据所述传感器信息生成所述当前环境的膨胀地图；约束单元，用于由所述至少一个工作估计参数构建所述目标拖挂车的运动学模型，对所述运动学模型添加至少一个预设约束条件，得到约束条件下的运动学模型；第一计算单元，用于基于所述膨胀地图和所述约束条件下的运动学模型，利用目标搜索算法计算所述初始轨迹解。

8、可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块还包括：第二计算单元，用于在利用所述目标搜索算法计算所述初始轨迹解之前，基于所述当前环境的所有目标障碍物计算环境复杂度，利用所述环境复杂度得到预设搜索算法的目标间隔；更新单元，用于基于所述目标间隔更新所述预设搜索算法的节点扩展间隔，并设置更新后的预设搜索算法的节点扩展初始点为节点起点和节点目标点，得到所述目标搜索算法。

9、可选地，在本申请的一个实施例中，所述生成模块包括：第三计算单元，用于基于所述多面体模型，分别计算所述当前环境的所有目标障碍物中每个目标障碍物和所述目标拖挂车中每个车节之间的最小距离，得到多个最小距离；提取单元，用于根据预设最小值条件，在所述多个最小距离中提取所述目标最小距离。

10、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的拖挂车的轨迹控制方法。

11、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的拖挂车的轨迹控制方法。

12、本申请第五方面实施例提供一种计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上的拖挂车的轨迹控制方法。

13、本申请实施例可以基于模型预测控制和控制屏障函数实现多节拖挂车的轨迹规划与轨迹控制，从而提高了拖挂车的通行效率和动态环境安全性，使拖挂车的轨迹规划更加快速高效。由此，解决了相关技术中，因含带铰链结构的拖挂车运动学模型较常规车辆更加复杂，使现有轨迹规划方法在高维状态空间中搜索效率不佳，且现有拖挂车运动规划局限于同类型铰链结构或单节全挂车的拖挂车系统，无法针对不同铰链结构、挂车类型和拖挂节数的拖挂车实现通用规划，未能满足拖挂车路径规划的普适性需求，导致轨迹路径跟踪误差较大，轨迹求解速度较低，使拖挂车轨迹规划控制的准确性和实用性不足等问题。

14、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种拖挂车的轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述传感器信息和所述至少一个工作估计参数计算所述目标拖挂车的初始轨迹解，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用所述目标搜索算法计算所述初始轨迹解之前，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述多面体模型生成所述目标拖挂车的碰撞约束和目标最小距离，包括：

5.一种拖挂车的轨迹控制装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块还包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的拖挂车的轨迹控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的拖挂车的轨迹控制方法。

10.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的拖挂车的轨迹控制方法。

技术总结本申请涉及智能驾驶技术领域，特别涉及一种拖挂车的轨迹控制方法及装置，其中，方法包括：获取目标拖挂车传感器信息和至少一个工作估计参数计算目标拖挂车的初始轨迹解，利用当前环境中至少一个目标障碍物的多面体模型生成目标拖挂车的碰撞约束和目标最小距离，根据目标最小距离得到预设控制屏障函数的函数时域，由目标模型预测控制函数计算目标拖挂车的优化轨迹解，以利用优化轨迹解生成目标拖挂车的轨迹控制动作，并执行轨迹控制动作。本申请实施例可以基于模型预测控制和控制屏障函数实现多节拖挂车的轨迹规划与轨迹控制，从而提高了拖挂车的通行效率和动态环境安全性，使拖挂车的轨迹规划更加快速高效。技术研发人员：杨毅,高亮,贾博铂,李岱伟,付梦印,谢杉杉受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9