基于采样的实时轨迹规划方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于自动驾驶，涉及到四轮转向车轮的轨迹规划，具体涉及到一种基于采样的实时轨迹规划方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在自动驾驶技术中，轨迹规划作为关键一环，在保证车辆安全行驶、优化路径选择及在狭窄场景中的通过性方面，都发挥着重要作用。然而，现有的轨迹规划方法面临几个具体的挑战：

2、1.现有的轨迹规划方法通常不支持全轮转向车辆，限制了车辆在复杂地形中的灵活性；

3、2.现有的轨迹规划方法在处理车辆蟹行模式时，难以精确控制车辆在狭窄道路上的横向移动，导致在转弯或避障时效率低下，有时甚至无法顺利完成转弯或通过狭窄路径；

4、3.现有的轨迹规划方法在复杂环境中，如多车并行或交错的场景，难以有效预测和协调车辆的移动，增加了碰撞的风险。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的主要目的在于设计一种基于采样的实时轨迹规划方法、系统、设备及介质，不仅支持全轮转向，还能精确控制蟹行模式下的车辆移动，解决车辆在复杂环境中造成的碰撞风险，以及无法转弯和避障效率低等问题。

2、为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

3、一种基于采样的四轮转向车辆的实时轨迹规划方法，包括如下步骤：

4、步骤1：根据车辆状态、参考线、障碍物状态，判断车辆是否需要进行轨迹规划，如果需要轨迹规划，则执行步骤2；

5、步骤2：根据车辆当前位置，计算出车辆的绕出轨迹，包括：

6、s201：计算一条沿着车辆行驶方向的直线；

7、s202：在s201计算直线路径的终点，通过采样法生成蟹行段轨迹，得到蟹行段轨迹终点；

8、s203：将笛卡尔坐标系下的蟹行段轨迹终点坐标转为参考线frenet坐标系下的坐标值，根据绕出轨迹所设定的最远规划距离，得到规划终点；

9、s204：以蟹行段轨迹终点为贝塞尔规划起点，以步骤s203得到的规划终点为贝塞尔规划终点，通过计算贝塞尔曲线生成非蟹行段轨迹，并将上述直线、蟹行段轨迹与非蟹行段轨迹拼接，得到车辆的绕出轨迹；

10、s205：设计适用蟹行轨迹的碰撞损失计算方法和曲率损失计算方法，对绕出轨迹上的每个点进行损失计算，得到当前采样的总损失值；

11、s206：重复步骤s202到s205，直至所有采样完成，比较总损失值的大小，选取最小总损失值所代表的轨迹为最终采样结果，即车辆的绕出轨迹；

12、步骤3：根据步骤2计算的车辆绕出轨迹，结合当前绕出轨迹下障碍物遮挡情况和参考线轨迹遮挡情况，判断车辆的执行情况；

13、所述车辆的执行情况包括：继续当前规划的绕出轨迹、重新规划绕出轨迹、规划返回参考线轨迹。

14、作为本发明进一步的描述，所述步骤1中，判断车辆是否需要进行轨迹规划的方式，包括以下：

15、s101：判断车辆是否为智驾模式，车辆是否在执行其他相冲智驾行为；

16、车辆是智驾模式，且没有执行其他相冲智驾行为是需要进行轨迹规划的基本条件；

17、s102：车辆行驶的参考线是否有遮挡；

18、参考线有遮挡，则需要轨迹规划；

19、如果需要轨迹规划，则执行步骤2的绕出轨迹计算。

20、作为本发明进一步的描述，步骤s201中，根据车辆当前位置p(x，y，θ)，其中，θ为车辆的航向角，所述直线的计算方式为：

21、

22、其中，s为直线路径的长度，v为车辆当前车速，为四轮轮转角最大值，ω为平均轮转角速度；

23、直线路径终点a(xa，ya，θ)的计算表达式为：

24、

25、通过上述直线的计算使车辆有反应距离来转动转向机构。

26、作为本发明进一步的描述，步骤s202中，在直线路径的终点a，沿着与行驶方向垂直的两个方向进行横向采样，以先密后疏的横向采样间距ln，以等分的蟹行角度α为采样因子，并考虑全轮转向的运动学特征，进行横向采样，得出符合四轮转向运动学规律的蟹行段轨迹；

27、则蟹行段轨迹的横向距离为lb，表达式为：

28、lb＝ln/sin(α)

29、蟹行段轨迹的终点为b(xb，yb，θ)，其表达式为：

30、

31、其中，θ为车辆行驶的方向，即车辆的航向角。

32、作为本发明进一步的描述，步骤s203中，将蟹行段轨迹终点b(xb，yb，θ)，转化为参考线frenet坐标系下的坐标值(sb，lb)，根据绕出轨迹所设定的最远规划距离smax，得到规划终点的frenet坐标(sc，lc)，并转为笛卡尔坐标，得到规划终点c(xc，yc，θc)。

33、作为本发明进一步的描述，步骤s204中，以蟹行段轨迹终点b(xb，yb，θ)为贝塞尔规划起点，以规划终点c(xc，yc，θc)为贝塞尔规划终点，则贝塞尔采样基础距离参数dbase为:

34、

35、规划起点贝塞尔采样参数ηs为：

36、

37、规划终点贝塞尔采样参数ηe为：

38、

39、其中，nb为采样样本数，δlb为贝塞尔采样间距；

40、有b′(xb′，yb′，θ)为：

41、

42、有c′(xc′，yc′，θc)为：

43、

44、以b、b′、c、c′为三阶贝塞尔曲线的控制点，有：

45、bcurse＝b(1-t)3+3*b′(1-t)2t+3*c′(1-t)t2+ct3，t∈[0，1]

46、至此，得到贝塞尔采样轨迹；

47、将pa、ab、bc轨迹拼接起来，得到车辆的绕出轨迹。

48、作为本发明进一步的描述，步骤s205中，当前采样的总损失值，表达式为：

49、fcost＝μl*fl+μk*fk

50、其中，μl和μk分别为碰撞损失权重因子和曲率损失权重因子，且有μl+μk＝1；fl为碰撞损失，fk为曲率损失；

51、碰撞损失的计算表达式为：

52、

53、其中，i为采样点，m为点的数量；

54、第i个点的碰撞损失fli的计算表达式为：

55、

56、其中，e为1的x次幂，di、dmin分别为第i个点距离障碍物的最近距离和判断是否碰撞的最小距离；

57、曲率损失的计算表达式为：

58、

59、第i个点的曲率损失fki的计算表达式为：

60、

61、其中，ki、kmax分别为第i个点的曲率和所允许的最大曲率。

62、作为本发明进一步的描述，步骤s206中，若最小fcost值为极大值，则规划失败，反之规划成功。

63、作为本发明进一步的描述，所述步骤3中，判断车辆执行情况的方法为：

64、如果参考线有遮挡，当前规划的绕出轨迹无遮挡，则继续当前规划的绕出轨迹；

65、如果参考线有遮挡，且当前规划绕出轨迹也有遮挡，则进入步骤2重新规划绕出轨迹；

66、如果参考线无遮挡，则规划返回参考线轨迹，且在规划成功后返回步骤3。

67、作为本发明进一步的描述，所述步骤3中，绕回参考线轨迹的规划方法，包括如下步骤：

68、s301：根据参考线上的最远采样点，向参考线终点方向逐步获取采样点，以获取的采样点为蟹行返回点，生成绕回蟹行段轨迹；

69、s302：使用贝塞尔曲线方法，根据车辆当前位置与绕回蟹行段轨迹的起点，生成绕回非蟹行段轨迹，并将绕回蟹行段轨迹与绕回非蟹行段轨迹进行拼接，得到绕回轨迹；

70、s303：设计适用于蟹行轨迹的碰撞损失计算方法和曲率损失计算方法，对绕回轨迹上的每个点进行损失计算，得到当前采样的总损失值；

71、s304：重复上述步骤，直至参考线上的所有点采样完成，比较总损失值的大小，选取最小总损失值所代表的轨迹为最终采样结果。

72、基于上述方法的一种基于采样的四轮转向车辆的实时轨迹规划系统，包括观察模块、绕出规划模块、绕回规划模块、评价模块、控制模块；

73、其中，所述观察模块，接收上游感知的障碍物、参考线、任务状态信息，并观察障碍物是否遮挡参考线，以及车辆在规划行驶过程中是否有障碍物遮挡，车辆的规划行驶包括绕出轨迹和绕回轨迹；

74、所述绕出规划模块，根据观察模块的判断，在参考线有障碍物遮挡时，进行车辆绕出轨迹的规划，并判断绕出轨迹的规划是否成功；

75、所述绕回规划模块，根据观察模块的判断，在参考线遮挡当前规划绕出轨迹时，进行车辆的绕回轨迹规划，并判断绕回轨迹的规划是否成功；

76、所述评价模块，针对规划成功的绕出轨迹、绕回轨迹进行满足不碰撞和曲率要求的筛选，将筛选出的轨迹下发至控制模块，通过所述控制模块控制车辆的行驶，未筛选出的轨迹返回上游。

77、一种电子设备，包括：包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信，所述存储器，用于存储计算机程序；

78、所述处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行上述的方法。

79、一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

80、相对于现有技术，本发明的技术效果为：

81、本发明提供了一种基于采样的四轮转向车辆的实时轨迹规划方法、系统、设备及介质，针对四轮转向车辆，对蟹行和非蟹行状态下的轨迹规划进行全面处理，尤其在处理车辆蟹行模式时展现出较高的灵活性和适应性；通过使用贝塞尔曲线进行路径采样，能够生成更符合实际行驶需求的路径，提升路径规划的准确性和有效性；结合碰撞和曲率损失的考量下，综合选择最优的轨迹规划结果，提高规划的安全性和稳定性；能够有效地处理在狭窄和复杂场景下的轨迹规划问题，提升车辆在这类场景下的通过性，实现对不同道路环境的广泛适应；且在每次规划结束后，根据当前的情况重新评估是否需要进行新的规划，保证规划的实时性和连续性。