CN108981722A - 用于自主驾驶的使用贝塞尔曲线的轨迹规划器 - Google Patents

用于自主驾驶的使用贝塞尔曲线的轨迹规划器 Download PDF

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Abstract

提供了用于控制车辆的系统和方法。在一个实施例中，一种方法包括接收车辆状态数据、高清晰度地图数据和车辆对象环境数据，生成对于接收到的数据最优的轨迹路径，基于接收的数据使用贝塞尔曲线确定是否更新轨迹路径，使用贝塞尔曲线的特性执行对轨迹的评估，以及生成更新的轨迹。

Description

用于自主驾驶的使用贝塞尔曲线的轨迹规划器
引言
本发明总体上涉及自主车辆，并且更具体地涉及用于自主车辆中的轨迹规划的系统和方法。
自主车辆是一种能够感测其环境并很少需要或不需要用户输入进行导航的车辆。自主车辆使用诸如雷达、激光雷达、图像传感器等的感测设备来感测其环境。自主车辆系统进一步使用来自全球定位系统(GPS)技术、导航系统、车对车通信、车对基础设施技术和/或线控驱动系统的信息来导航车辆。
已经将车辆自动化分类为从零到五的数字等级，其中零级相当于全手动控制的无自动化，五级相当于无人为控制的全自动化。诸如巡航控制、自适应巡航控制和停车辅助系统等的各种自动驾驶员辅助系统对应于较低的自动化等级，而真正的“无人驾驶”车辆对应于较高的自动化等级。
因此，期望提供为各种自动驾驶员辅助系统执行有效轨迹规划的系统和方法。进一步期望提供用于轨迹规划的方法和系统，其使用基于图形的和贝塞尔曲线的方法的组合来提高轨迹规划的计算效率。此外，从随后的具体实施方式和所附权利要求书，结合附图和前述技术领域和背景技术，系统和方法的其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，根据本公开的实施例能够使用图形搜索和贝塞尔曲线的方法对车辆的生成的轨迹路径进行计算上的有效修正。
在一个方面中，一种用于车辆的自动驾驶的处理器实现的方法包括以下步骤：由一个或多个数据处理器接收车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据；由一个或多个数据处理器生成对于车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据最优的第一轨迹路径；由一个或多个数据处理器基于车辆状态数据和车辆对象环境数据确定是否更新第一轨迹路径；由一个或多个数据处理器基于车辆状态数据和车辆对象环境数据生成更新的轨迹路径。更新的轨迹路径包括对第一轨迹路径的速度曲线和空间路径中的一个或多个的改变，并且向车辆中的控制器提供更新的轨迹路径以用于实现驾驶情景规划。
在一些方面中，车辆对象环境数据包括与第一轨迹路径附近的其他车辆相关的数据。
在一些方面中，由以下模块之一提供接收的车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据：用于列出检测到的远处道路使用者和道路上的障碍物的传感器融合模块；包括关于道路网络和交通流量限制的细节的地图模块；以及用于确定车辆的当前状态的车辆状态模块。
在一些方面中，车辆的当前状态包括车辆位置、车辆航向、车辆速度和车辆加速度中的一个或多个。
在一些方面中，基于车辆状态数据和车辆对象环境数据生成更新的轨迹路径包括使用贝塞尔曲线的特性执行轨迹评估。
在一些方面中，该方法进一步包括基于车辆对象环境数据来审查和检查更新的轨迹路径以发现与在更新的轨迹路径附近检测到的其他车辆可能发生的碰撞。
在一些方面中，审查和检查更新的轨迹包括使用贝塞尔曲线用目标车辆的预计轨迹评估更新的轨迹。
在另一方面中，一种自主车辆包括提供关于车辆环境内的对象和关于车辆状态的传感器数据的至少一个传感器，以及由处理器配置并且基于传感器数据配置为生成第一轨迹路径(该路径对于接收到的传感器数据是最优的)，基于传感器数据确定是否更新第一轨迹路径，并且基于传感器数据生成更新的轨迹路径的控制器。更新的轨迹路径包括对第一轨迹路径的速度曲线和空间路径中的一个或多个的改变，并且向车辆中的控制器提供更新的轨迹路径以用于实现驾驶情景规划。
在一些方面中，车辆对象环境数据包括与第一轨迹路径附近的其他车辆相关的数据。
在一些方面中，车辆状态数据包括车辆位置、车辆航向、车辆速度和车辆加速度中的一个或多个。
在一些方面中，基于传感器数据生成更新的轨迹路径包括使用贝塞尔曲线的特性执行轨迹评估。
在一些方面中，该控制器进一步配置为基于车辆对象环境数据来审查和检查更新的轨迹路径以发现与在更新的轨迹路径附近检测到的其他车辆可能发生的碰撞。
在一些方面中，审查和检查更新的轨迹包括使用贝塞尔曲线用目标车辆的预计轨迹评估更新的轨迹。
在又另一个方面中，一种用于车辆的自动驾驶的系统包括用于传输车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据的数据通信路径，以及配置为生成第一轨迹路径(该路径对于接收到的车辆状态数据、地图数据和车辆目标环境数据是最优的)，基于车辆状态数据和车辆目标环境数据确定是否更新第一轨迹路径，并且基于车辆状态数据和车辆对象环境数据生成更新的轨迹路径的一个或多个数据处理器。更新的轨迹路径包括对第一轨迹路径的速度曲线和空间路径中的一个或多个的改变，并且向车辆中的控制器提供更新的轨迹路径以用于实现驾驶情景规划。
在一些方面中，车辆对象环境数据包括与第一轨迹路径附近的其他车辆相关的位置和速度数据中的一个或多个。
在一些方面中，车辆状态数据包括车辆位置、车辆航向、车辆速度和车辆加速度中的一个或多个。
在一些方面中，地图数据包括道路网络细节和交通流量限制中的一个或多个。
在一些方面中，基于传感器数据生成更新的轨迹路径包括使用贝塞尔曲线的特性执行轨迹评估。
在一些方面中，一个或多个数据处理器进一步配置为基于车辆对象环境数据来审查和检查更新的轨迹路径以发现与在更新的轨迹路径附近检测到的其他车辆可能发生的碰撞。
在一些方面中，审查和检查更新的轨迹包括使用贝塞尔曲线用目标车辆的预计轨迹评估更新的轨迹。
附图说明
将结合以下附图描述本公开，其中相同的标号表示相同的元件。
图1是示出根据各种实施例的具有轨迹规划系统的自主车辆的框图。
图2是示出根据各种实施例的具有图1的一个或多个自主车辆的运输系统的框图。
图3是示出根据各种实施例的自主车辆的轨迹规划系统的数据流图。
图4是示出根据各种实施例的自主车辆的轨迹规划和改进系统的数据流图。
图5A是示出根据各种实施例的轨迹改进系统的空间内插的地形图。
图5B是示出根据各种实施例的轨迹改进系统的时间内插的图形图。
图6是示出根据各种实施例的从一系列航点生成的初始轨迹和改进的轨迹的地形图。
图7A是示出根据各种实施例的其中保持与初始轨迹相同的空间路径的改进的轨迹的地形图。
图7B是示出根据各种实施例的具有更新的速度曲线的改进的轨迹的图形图。
图8A是示出根据各种实施例的具有更新的空间路径的改进的轨迹的地形图。
图8B是示出根据各种实施例的具有对速度曲线的更新的改进的轨迹的图形图。
图9A是根据各种实施例的具有第一间隔距离的主车辆轨迹和远处车辆预测轨迹的图形表示。
图9B是根据各种实施例的具有第二间隔距离的主车辆轨迹和远处车辆预测轨迹的图形表示。
图10是示出根据各种实施例的用于控制自主主车辆的操作情景的流程图。
结合附图，根据以下说明和所附权利要求书，本公开的前述和其他特征将变得更加明显。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施例，并且不被认为是对其范围的限制，将通过使用附图来以附加的特征和细节描述本公开。附图中或本文其他地方公开的任何尺寸仅用于说明目的。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；某些特征可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而对于特定应用或实施方式，可以期望对特征进行与本公开的教导相一致的各种组合和修改。
可以仅用于参考的目的在以下说明中使用特定术语，并且因此不旨在构成限制。例如，诸如“上方”和“下方”的术语是指参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“后方”和“侧”的术语描述了部件或元件的部分在一致但任意的参照系内的方位和/或位置，通过参考描述正在讨论的部件或元件的文本和相关附图使该参照系变得清楚。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语可以用于描述单独的部件。这样的术语可以包括上面特别提到的词语、它们的派生词和具有类似意义的词语。
参考图1，根据各种实施例，总体以100示出的轨迹规划系统与车辆10相关联。通常，系统100确定用于自动驾驶的轨迹规划。
如图1中描绘，车辆10通常包括底盘12、车身14、前轮16和后轮18。车身14布置在底盘12上并且基本上包围车辆10的部件。车身14和底盘12可以共同形成框架。车轮16-18各自在车身14的相应拐角附近旋转地耦接到底盘12。
在各种实施例中，车辆10是自主车辆并且轨迹规划系统100并入自主车辆10中(在下文中被称为自主车辆10)。例如，自主车辆10是被自动控制来将乘客从一个位置运送到另一个位置的车辆。在示出的实施例中将车辆10描绘为乘用车，但是应当理解，也可以使用包括摩托车、卡车、运动型多用途车(SUV)、休闲车(RV)、海运船舶、飞行器等的任何其他车辆。在示例性实施例中，自主车辆10是所谓的四级或五级自动化系统。四级系统表示“高度自动化”，指的是自动驾驶系统即使在驾驶员对干预要求没有做出合适的响应的情况下的对动态驾驶任务的所有方面的驾驶模式特定性能。五级系统表示“全自动化”，指的是自动驾驶系统在驾驶员可以完成的所有道路和环境条件下的对动态驾驶任务的所有方面的全时性能。
如图所示，自主车辆10通常包括推进系统20、传动系统22、转向系统24、制动系统26、传感器系统28、致动器系统30、至少一个数据存储设备32、至少一个控制器34，以及通信系统36。在各种实施例中，推进系统20可以包括内燃机，诸如牵引电机的电动机和/或燃料电池推进系统。传动系统22配置为根据可选择的速度比将来自推进系统20的动力传输到车轮16-18。根据各种实施例，传动系统22可以包括步进比自动变速器、无级变速器或其他合适的变速器。制动系统26配置为向车轮16-18提供制动转矩。在各种实施例中，制动系统26可以包括摩擦制动器、线控制动、再生制动系统(诸如电动机)，和/或其他合适的制动系统。转向系统24影响车轮16-18的位置。虽然为了说明的目的描绘为包括方向盘，但是在本公开的范围内设想的一些实施例中，转向系统24可以不包括方向盘。
传感器系统28包括感测自主车辆10的外部环境和/或内部环境的可观测状况的一个或多个感测设备40a-40n。感测设备40a-40n可以包括但不限于雷达、激光雷达、全球定位系统、光学摄像头、热像仪、超声波传感器和/或其他传感器。致动器系统30包括控制一个或多个车辆特征(诸如但不限于推进系统20、传动系统22、转向系统24，以及制动系统26)的一个或多个致动器设备42a-42n。在各种实施例中，车辆特征可以进一步包括内部和/或外部车辆特征，诸如但不限于门、后备箱，以及诸如空气、音乐、照明等(未标号)的客舱特征。
数据存储设备32存储用于自动控制自主车辆10的数据。在各种实施例中，数据存储设备32存储可导航环境的定义的地图。在各种实施例中，可以由远程系统预定义并从远程系统获得定义的地图(关于图2进一步详细描述)。例如，定义的地图可以由远程系统装配并且通信(无线地和/或以有线方式)到自主车辆10并且存储在数据存储设备32中。可以理解，数据存储设备32可以是控制器34的一部分，可以与控制器34分离，或者可以是控制器34的一部分以及单独系统的一部分。
控制器34包括至少一个处理器44和计算机可读存储设备或介质46。处理器44可以是任何定制的或商业可购的处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、与控制器34相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(微芯片或芯片组形式)、宏处理器、它们的任何组合，或者通常用于执行指令的任何设备。例如，计算机可读存储设备或介质46可以包括在只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储。KAM是可用于在处理器44断电时存储各种操作变量的永久性或非易失性存储器。可以使用许多已知存储设备中的任意设备来实现计算机可读存储设备或介质46，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存，或者任何其他能够存储数据(其中一些数据代表由控制器34用于控制自主车辆10的可执行指令)的电、磁、光或组合存储设备。
这些指令可以包括一个或多个单独程序，每个程序包含用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。这些指令在由处理器44执行时接收并处理来自传感器系统28的信号，执行用于自动控制自主车辆10的部件的逻辑、计算、方法和/或算法，并且给致动器系统30生成控制信号来基于逻辑、计算、方法和/或算法自动控制自主车辆10的部件。尽管在图1中仅示出了一个控制器34，自主车辆10的实施例可以包括通过任何合适的通信介质或通信介质的组合进行通信并且协作以处理传感器信号，执行逻辑、计算、方法和/或算法，并且生成控制信号以自动控制自主车辆10的特征的任何数量的控制器34。
在各种实施例中，在轨迹规划系统100中实施控制器34的一条或多条指令，并且当由处理器44执行时，生成解决了环境的运动和动态约束的轨迹输出。例如，接收这些指令作为输入过程传感器和地图数据。这些指令以定制的成本函数执行基于图形的方法，来处理城市和公路道路中的不同道路情景。
通信系统36配置为与其他实体48无线地通信信息，诸如但不限于其他车辆(“V2V”通信)、基础设施(“V2I”通信)、远程系统和/或个人设备(关于图2更详细地描述)。在示例性实施例中，通信系统36是配置为使用IEEE802.11标准或通过使用蜂窝数据通信经由无线局域网(WLAN)进行通信的无线通信系统。然而，诸如专用短程通信(DSRC)信道的附加或替代的通信方法也考虑在本公开的范围内。DSRC信道是指专门为汽车使用而设计的单向或双向短距到中距无线通信信道，以及相应的一套协议和标准。
现在参考图2，在各种实施例中，关于图1描述的自主车辆10可适合于在特定地理区域(例如，城市、学校或商业园区、购物中心、游乐园、活动中心等)中的出租车或班车系统的情况下使用或可以仅由远程系统进行管理。例如，自主车辆10可以与基于自主车辆的远程运输系统相关联。图2示出了总体上以50示出的操作环境的示例性实施例，其包括基于自主车辆的远程运输系统52，该系统与关于图1描述的一个或多个自主车辆10a-10n相关联。在各种实施例中，操作环境50进一步包括经由通信网络56与自主车辆10和/或远程运输系统52通信的一个或多个用户设备54。
通信网络56根据需要在由操作环境50支持的设备、系统和部件之间支持通信(例如，经由有形通信链路和/或无线通信链路)。例如，通信网络56可以包括无线载波系统60，诸如包括多个蜂窝塔(未示出)、一个或多个移动交换中心(MSC)(未示出)的蜂窝电话系统，以及任何将无线载波系统60与陆地通信系统连接起来所需的其他联网部件。每个蜂窝塔包括发送和接收天线以及基站，来自不同蜂窝塔的基站直接或经由中间设备(诸如基站控制器)连接到MSC。无线载波系统60可以实现任何合适的通信技术，包括例如诸如CDMA(例如，CDMA2000)、LTE(例如，4G LTE或5G LTE)、GSM/GPRS的数字技术，或者其他当前或新兴的无线技术。其他蜂窝塔/基站/MSC的布置是可能的并且可以与无线载波系统60一起使用。例如，基站和蜂窝塔可以在同一地点协同定位，或者它们可以彼此远离定位，每个基站可以负责单个蜂窝塔或者单个基站可以服务多个蜂窝塔，或者多个基站可以耦接到单个MSC，仅举几种可能的布置。
除了包括无线载波系统60之外，可以包括卫星通信系统64形式的第二无线载波系统以提供与自主车辆10a-10n的单向或双向通信。这可以使用一个或多个通信卫星(未示出)和上行链路发射站(未示出)来完成。单向通信可以包括例如卫星无线电服务，其中节目内容(新闻、音乐等)由发送站接收，打包上传，然后发送到卫星，卫星将节目广播给订户。双向通信可以包括例如使用卫星来中继车辆10和站之间的电话通信的卫星电话服务。卫星电话可以用作除无线载波系统60之外的补充或替代无线载波系统60。
可以进一步包括陆地通信系统62，其是连接到一个或多个陆线电话并且将无线载波系统60连接到远程运输系统52的传统的基于陆地的电信网络。例如，陆地通信系统62可以包括诸如用于提供硬连线电话、分组交换数据通信和因特网基础设施的公共交换电话网络(PSTN)。陆地通信系统62的一个或多个分段可以通过使用标准有线网络、光纤或其他光学网络、电缆网络、电力线、其他无线网络(诸如无线局域网(WLAN))，或提供宽带无线接入(BWA)的网络，或者它们的任何组合来实现此外，远程运输系统52不需要经由陆地通信系统62连接，而是可以包括无线电话设备，使得其可以直接与无线网络(诸如无线载波系统60)通信。
尽管在图2中仅示出了一个用户设备54，操作环境50的实施例可以支持任意数量的用户设备54，包括由一个人拥有、操作或以别的方式使用的多个用户设备54。可以使用任何合适的硬件平台来实现由操作环境50支持的每个用户设备54。就此而言，用户设备54可以以任何常见形式因素来实现，包括但不限于：台式计算机；移动计算机(例如，平板电脑、膝上型计算机或上网本计算机)；智能电话；电子游戏设备；数字媒体播放器；家庭娱乐设备；数码相机或摄像机；可穿戴计算设备(例如，智能手表、智能眼镜、智能服装)等。由操作环境50支持的每个用户设备54实现为具有执行本文所述的各种技术和方法所需的硬件、软件、固件和/或处理逻辑的计算机实现的或基于计算机的设备。例如，用户设备54包括可编程设备形式的微处理器，可编程设备包括了存储在内部存储器结构中并且应用来接收二进制输入以创建二进制输出的一条或多条指令。在一些实施例中，用户设备54包括能够接收GPS卫星信号并基于那些信号生成GPS坐标的GPS模块。在其他实施例中，用户设备54包括蜂窝通信功能，使得设备使用一个或多个蜂窝通信协议在通信网络56上执行语音和/或数据通信，如本文所讨论的。在各种实施例中，用户设备54包括可视显示器，诸如触摸屏图形显示器或其他显示器。
远程运输系统52包括一个或多个后端服务器系统，其可以是基于云的、基于网络的或驻存在由远程运输系统52提供服务的特定园区或地理位置处。远程运输系统52可以配备有现场顾问或自动顾问，或者两者的组合。远程运输系统52可以与用户设备54和自主车辆10a-10n通信以安排乘车、调度自主车辆10a-10n等。在各种实施例中，远程运输系统52存储诸如订户认证信息、车辆标识符、简档记录、行为模式和其他相关订户信息的账户信息。
根据典型的用例工作流程，远程运输系统52的注册用户可以经由用户设备54创建乘车请求。乘车请求通常将指示乘客期望的接客位置(或当前GPS位置)、期望的目的地位置(其可以标识预定的车辆停靠站和/或用户指定的乘客目的地)，以及接客时间。远程运输系统52接收乘车请求，处理该请求，并且调度自主车辆10a-10n中的选定的一辆(当且有一辆可用时)在指定的接客地点并且在适当的时间接走乘客。远程运输系统52还可以生成并向用户设备54发送适当配置的确认消息或通知，以让乘客知道车辆正在路上。
可以理解，本文公开的主题提供了可认为是标准或基准自主车辆10和/或基于自主车辆的远程运输系统52的特定增强的特征和功能。为此，可以对自主车辆和基于自主车辆的远程运输系统进行修改、增强或以其他方式补充以提供下面更详细描述的附加特征。
参考图3，并继续参考图1，数据流图图示了可以嵌入在控制器34内的轨迹规划系统100的各种实施例。根据本公开的轨迹规划系统100的各种实施例可以包括嵌入在控制器34内的任何数量的子模块。如可以理解的，图3中所示的子模块可以被组合和/或被进一步划分以类似地执行轨迹规划。可以从传感器系统28接收，从与自主车辆10相关联的其他控制模块(未示出)接收，从通信系统36接收，和/或由控制器34内的其他子模块(未示出)确定/建模进入轨迹规划系统100的输入。
在各种实施例中，控制器34包括轨迹规划系统100，其接收主车辆数据、道路几何形状、地图属性、高级行为指导和远程对象作为输入，并且生成用于车辆在不远的将来遵循的无碰撞和可行的轨迹。更具体地，轨迹规划器100从传感器融合模块102接收传感器融合数据。融合是指融合来自一个或多个传感器的数据以提供对环境中对象的整体视图的处理。来自传感器融合模块102的传感器融合数据包括环境内的对象列表，诸如远处道路使用者和道路上的障碍物，并且是周围环境的完整表示，包括车道数据和主车辆附近的所有静止和动态对象的列表，包括例如但不限于主车辆附近的车辆的位置、速度和/或加速度数据。
HD地图模块104使用高清晰度地图向轨迹规划系统100提供道路的几何和动态约束。高清晰度地图数据包括，例如但不限于关于道路网络、交通流量限制和其他地图属性的细节。另外，主车辆(HV)状态模块108提供主车辆的当前状态的位置和运动约束，例如但不限于包括车辆位置、航向、速度和加速度。使用这样的输入数据确保了使轨迹规划器100具有对当前情景的全面理解。
轨迹规划系统100处理输入以便生成在一个实施例中满足主车辆的运动和动态约束以及环境的自由空间和道路边界约束的轨迹输出。所生成的轨迹包括路径航点的列表以及由纵向和横向控制器110在自主驾驶中使用的速度曲线。例如，在2016年11月9日提交的标题为“用于自动驾驶的处理器实现的系统和方法(PROCESSOR-IMPLEMENTED SYSTEMS ANDMETHODS FOR AUTOMATED DRIVING)”的相关美国专利申请第15/347,546号中讨论了使用基于图形的算法的轨迹规划系统100，其全部引入本文作为参考。以特定计划间隔使用轨迹规划系统100来生成满足已知约束的安全并且可行的轨迹。
在计划间隔之间并且当不存在来自远处车辆的碰撞威胁时，使用贝塞尔曲线有效地修正生成的轨迹，如图4中所示。图4示出了可嵌入控制器34内的轨迹改进系统112的部件。根据本公开的轨迹改进系统112的各种实施例可以包括嵌入在控制器34内的任何数量的子模块。可以理解，图4中所示的子模块可以被组合和/或被进一步划分以类似地执行对先前生成的轨迹的修正。可以从轨迹规划系统100、传感器系统28、与自主车辆10相关联的其他控制模块(未示出)、通信系统36接收，和/或由控制器34内的其他子模块(未示出)确定/建模进入轨迹改进系统112的输入。
轨迹改进系统112修正由轨迹规划系统100先前生成的轨迹。内插模块114接收先前生成的轨迹并使用贝塞尔曲线在先前生成的轨迹航点之间平滑地内插以生成内插轨迹。通过使用分段贝塞尔曲线内插航点来形成更新的空间路径。通过使用分段贝塞尔曲线在离散时间间隔中内插速度来形成更新的时间曲线。通过时间曲线来组成空间路径产生了穿过航点的同时保持期望的速度曲线的更新的轨迹。车辆状态匹配模块116使用内插的轨迹来更新生成的轨迹以匹配当前车辆状态包括，例如但不限于车辆的位置、速度、航向角度和加速度。
威胁评估模块118审查并检查更新的轨迹，以发现与障碍物和/或车辆可能发生的碰撞。检查更新的轨迹包括审查从传感器融合模块102接收到的传感器数据，以发现与检测到的障碍物和/或车辆可能发生的碰撞。速度曲线审查模块120审查更新的轨迹并且改变更新的轨迹的速度曲线(如果必要的话)，而不改变更新的轨迹的空间路径。空间路径审查模块122审查更新的轨迹并更新空间路径和时间曲线这两者以避免与周围对象可能发生的碰撞。例如，如果需要，模块122可以生成车道变换轨迹。威胁评估模块118还审查和检查由模块120、122生成的更新的轨迹，以发现与障碍物和/或车辆可能发生的碰撞。
在由威胁评估模块118审查和检查之后，向车辆的纵向和横向控制器110提供更新的轨迹以跟踪规划的轨迹。作为图4中描绘的输入和处理的结果，当匹配当前车辆状态时，更新的轨迹输出满足主车辆的运动和动态约束以及环境的自由空间和道路边界约束。通过图5A到图9B的视觉示例并进一步参考图4，进一步描述了由轨迹修正规划器112生成和改进的更新的轨迹路径。
图5A描绘了包括主车辆502和几个目标车辆504、506的几个车辆的地形图。主车辆502在中心车道中行驶，而目标车辆504、506如图所示在中心车道和左车道上行驶。通过由图4的传感器融合模块102、HD地图模块104和主车辆状态模块108提供的数据来描述障碍物环境。
由轨迹规划系统100生成多个航点512、514、516、518、520、522。轨迹改进系统112在航点之间内插以生成空间路径530。如图5A中所示，通过使用分段贝塞尔曲线内插航点来形成空间路径530。如图5B中所示，由轨迹改进系统112使用分段贝塞尔曲线在生成的航点处对车辆速度进行内插来形成时间曲线532。如图5B中所示，沿着预计路径的更远航点处(例如，航点516、518、520、522)的车辆速度比在更接近预计路径起点的航点处(例如航点512、514)的车辆速度慢，以便避让目标车辆504。通过用时间曲线来组成空间路径生成了修正的轨迹，以获得穿过生成的航点的同时保持期望的车辆速度曲线的轨迹。
图6示出了由轨迹改进系统112执行的车辆状态匹配(包括空间和时间更新)。在图6中示出主车辆502的初始轨迹601和改进或更新的轨迹634的地形图。由轨迹规划系统100根据上面讨论的方法和上述参考的美国专利申请第15/347,546号生成包括航点612、614、616、618、620、622的初始轨迹601。如图6中的上图所示，初始轨迹601连接航点612、614、616、618、620、622。更新初始轨迹601，使得更新的轨迹634的初始状态与当前车辆状态相匹配，并且更新的轨迹634在短时间段之后返回到先前生成的轨迹。
图7A和7B示出了对生成的轨迹的速度曲线和时间更新。初始轨迹701的地形图指示了当主车辆502靠近目标车辆504时主车辆502的速度从大约15km/h降低到大约12km/h。然而为了避免可能的碰撞，诸如当目标车辆504减速时，轨迹改进系统112通过仅改变速度曲线(即，通过改变时间贝塞尔曲线)同时保持相同的空间路径来更新轨迹。轨迹改进系统112生成修正的或更新的轨迹，其具有如图7A中所示的空间路径并具有如图7B中所示的考虑到目标车辆504的较慢速度的更新的速度曲线704。向纵向和横向控制器110提供修正的或更新的轨迹(由图7A中所示的空间路径703和图7B中所示的更新的速度曲线704组成)以用于驾驶主车辆502。
如果通过改变修正的轨迹的速度曲线没有获得可行的路径，则轨迹改进系统112重新规划轨迹，例如如图8A和图8B中所示。如图8A中描绘的示例所示，主车辆502以15km/h的速度行驶并靠近以0km/h的速度行驶的目标车辆504。为了避免与目标车辆504可能发生的碰撞，并考虑到目标车辆506的位置，通过偏离预定航点以生成由更新的空间路径803和更新的速度曲线804组成的修正的或更新的轨迹，轨迹改进系统112重新规划了轨迹。向纵向和横向控制器110提供更新的轨迹以用于驾驶主车辆502。原始轨迹801连接指引车辆502沿道路中心车道行驶的航点。然而为了避让两个目标车辆504、506，轨迹改进系统112更新了轨迹，使得通过在适当的时间添加车道变换曲线，从而改变原始轨迹的空间路径和速度曲线这两者，使更新的轨迹避让两个目标车辆504、506。如图8B中所示，初始生成的轨迹的时间曲线802由轨迹改进系统112修正为修正的时间曲线804，来考虑到目标车辆504的较慢速度和目标车辆506的位置。向纵向和横向控制器110提供修正的或更新的轨迹以用于驾驶主车辆502。
图9A和图9B示出了使用贝塞尔曲线来评估道路上其他动态对象的潜在威胁的概念。贝塞尔曲线广泛用于平滑曲线建模。曲线完全包含在其控制点的凸包中。给定两个轨迹，例如用贝塞尔曲线表示的主车辆期望的轨迹和远处车辆预测的轨迹，轨迹改进系统112执行以下步骤来有效地评估潜在的碰撞威胁而无需使用离散化。在一些实施例中，由轨迹改进系统112的威胁评估模块118执行对潜在碰撞威胁的评估。
首先，威胁评估模块118在任何时刻确定轨迹是否如由预定的间距间隔定义的那样靠得太近，并计算轨迹太靠近(即，在预定的间距间隔内)的时间。如图9A和图9B中所示，主车辆轨迹901和目标车辆预计轨迹903在一个时间处以第一间距间隔902分隔，并且轨迹901、903在第二时间处(在该示例中为第二，稍后的时间)以第二间距间隔904分隔。在图9A和图9B中示出的示例中，第二间距间隔904小于第一间距间隔902；然而在其他示例中，第一间距间隔可以小于第二间距间隔。可以使用凸包906、907对贝塞尔曲线轨迹的大部分进行超出近似。如果凸包906、907之间的距离足够大，则可以丢弃曲线的对应部分，而不需要对主车辆轨迹进行进一步的计算或改进。然而，如果诸如凸包916、917的凸包之间的距离不够大，则可以使凸包部分更小并重复比较凸包之间的距离。如图9B中所示，需要在进一步改进之后检查由多边形凸包覆盖的曲线部分之间的距离。如果凸包之间的距离不够大，则威胁评估模块118将数据提供给车辆状态匹配模块116、速度曲线审查模块120和空间路径审查模块122中的一个或多个以改进主车辆轨迹，使得当由威胁评估模块118再次进行评估时，贝塞尔曲线轨迹至少以预定的间距间隔分隔。例如但不限于，将预定的间距间隔定义为避免主车辆与目标车辆之间可能发生的碰撞，以及其他因素。
图10描绘了用于轨迹规划的方法或算法1000的流程图。方法1000可以结合车辆10使用，该车辆可以是自主或半自主车辆，或者可以是配备有一个或多个感测设备40a-40n的任何车辆。根据示例性实施例，方法1000可以结合控制器34、110，以及轨迹规划系统100和轨迹改进系统112的各种模块来使用。方法1000的操作顺序不限于以如图10中示出的顺序来执行，而是可以按照一个或多个变化的顺序来执行，或者步骤可以同时执行，只要合适并根据本公开。
如图10中所示，从1002处开始，方法1000进行到1004处。在判定框1004处，控制器确定轨迹是否可用。如果轨迹不可用，则处理框1006使用例如在美国专利申请第15/347,546号中讨论的基于图形的方法来生成轨迹航点。如果轨迹可用，则在判定框1008处，控制器确定轨迹是否足够长，即比可配置的、预定的长度更长。如果轨迹不够长，则在处理框1006处，控制器如上所述生成轨迹航点。如果轨迹确定为足够长，则在判定框1010处，控制器确定是否设置了“图形搜索标志”。设置图形搜索标志来触发使用例如在美国专利申请第15/347,546号中讨论的基于图形的方法生成轨迹。
如果设置了“图形搜索标志”，则在处理框1006处，控制器如上所述生成轨迹航点。从处理框1006之后，在处理框1012处，控制器取消设置“图形搜索标志”，并且方法1000进行到处理框1014。一旦使用基于图形的方法生成了有效轨迹航点，就取消设置图形搜索标志。在处理框1014处，控制器使用分段贝塞尔曲线在航点之间进行内插。方法1000进行到框1016。
如果未设置“图形搜索标志”，则方法1000进行到框1016。在处理框1016处，包括轨迹改进系统112的车辆状态匹配模块116的控制器更新轨迹以匹配当前车辆状态。接下来，判定框1018确定更新的轨迹是否满足动态约束(诸如最大横向加速度/跳动)和环境约束(诸如障碍物和道路边界)，并且基于由威胁评估模块118执行的评估结果确保轨迹避免发生碰撞。如果更新的轨迹满足动态和环境约束，则方法1000进行到框1020。在处理框1020处，将更新的轨迹发送到纵向和横向控制器110以用于驾驶车辆。
如果更新的轨迹不满足动态和环境约束，则方法1000进行到框1022。在处理框1022处，轨迹改进系统112的速度曲线审查模块120改变更新的轨迹的速度曲线以满足任何环境约束。从框1022之后，方法1000进行到判定框1024。在判定框1024处，类似于在判定框1018处执行的分析，控制器确定具有更新的速度曲线的更新的轨迹是否满足动态约束(诸如最大横向加速度/跳动)和环境约束(诸如障碍物和道路边界)。如果具有更新的速度曲线的更新的轨迹满足动态和环境约束，则方法1000进行到框1020。在处理框1020处，将具有更新的速度曲线的更新的轨迹发送到纵向和横向控制器110以用于驾驶车辆。
如果具有更新的速度曲线的更新的轨迹不满足动态和环境约束，则方法1000进行到框1026。在处理框1026处，轨迹改进系统112的空间路径审查模块122对更新的轨迹进行空间改变，包括例如但不限于修正轨迹以包括适当定时的车道变换。如果具有更新的速度曲线、空间和/或时间变化的更新的轨迹满足动态和环境约束，则方法1000进行到框1030。在处理框1030处，控制器设置“图形搜索标志”。如上所述，图形搜索标志触发了使用例如在美国专利申请第15/347,546号中讨论的基于图形的方法来生成轨迹。接下来，方法1000进行到框1020。在处理框1020处，将具有更新的速度曲线、空间和/或时间变化的更新的轨迹发送到纵向和横向控制器110以用于驾驶车辆。
如果具有更新的速度曲线和空间更新的更新的轨迹不满足动态和环境约束，则方法1000返回到处理框1006，并且如上所述，控制器使用基于图形的方法生成新的轨迹航点。
应当强调，可以对本文描述的实施例进行许多变化和修改，这些实施例的元素被理解为是其他可接受的示例。本文旨在包括在本公开的范围内并且由以下权利要求保护的所有这些修改和变化。此外，本文描述的任何步骤可以同时执行或者以不同于本文所定序的步骤的顺序执行。此外，应当清楚，本文公开的具体实施例的特征和属性可以以不同的方式组合以形成附加的实施例，所有这些实施例都落入本公开的范围内。
除非另有明确说明，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，诸如“可”、“可以”、“可能”、“例如”等是通常旨在传达特定实施例包括而其他实施例不包括的特定特征、元素和/或状态。因此，这样的条件语言一般不旨在暗示特征、元素和/或状态无论如何都是一个或多个实施例所必需的，或者暗示一个或多个实施例无论有或没有作者输入或提示都必然包括用于决定任何特定实施例中是否包括或将执行这些特征、元素和/或状态的逻辑。
此外，本文中已使用以下术语。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另外清楚地说明。因此例如，对项目的引用包括对一个或多个项目的引用。术语“一个”是指一个、两个或多个，并且通常适用于一些或全部数量的选择。术语“多个”是指两个或多个项目。术语“约”或“大约”是指数量、尺寸、大小、配方、参数、形状和其他特性不需要是精确的，而可以是大约的和/或大些或小些(根据希望)，其反映了容许公差、转换因数、舍入、测量误差等，以及其他为本技术领域的技术人员所知的因素。术语“基本上”是指所述特性、参数或值不需要精确地实现，而是数量可能会发生偏差或变化(包括例如公差、测量误差、测量精度限制和其他为本技术领域的技术人员所知的因素)，而不会排除该特性旨在提供的效果。
数值数据在本文可表示或表现为范围格式。应当理解，仅仅为了方便和简洁而使用这样的范围格式，并且因此应该被灵活地解释为不仅包括作为范围界限明确列举的数值，而且还解释为包括所有单个数值或包含在该范围内的子范围，如同每个数值和子范围被明确列举一样。作为说明，“约1到5”的数值范围应该解释为不仅包括明确列举的约1到约5的值，而且还应该解释为还包括指示的范围内的单个数值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是诸如2、3和4的单个数值和诸如“约1到约3”、“约2到约4”和“约3到约5”、“1到3”、“2到4”、“3到5”等的子范围。该相同原则适用于仅列举一个数值(例如，“大于约1”)的范围，并且不考虑所描述的范围的宽度或特征。为了方便起见，可以在公共列表中呈现多个项目。但是，这些列表应该解释为列表中的每个成员都单独标识为独立且唯一的成员。因此，这种列表中没有单独的成员应仅基于它们在共同的组中存在而没有相反的迹象而解释为事实上等价于相同的列表中的任何其他的成员。此外，在术语“和”和“或”与项目列表结合使用的情况下，它们应被广泛地解释，其中任何一个或多个列出的项目可以单独使用或与其他列出的项目组合使用。术语“替代地”是指选择两个或多个替代物中的一个，并且不旨在将选择限制于仅列出的替代物或一次列出的替代物中的仅一个，除非上下文另有明确指示。
本文公开的处理、方法或算法可以交付给处理设备、控制器或计算机/由处理设备、控制器或计算机实现，它们可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，处理、方法或算法可以作为可由控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令进行存储，这些形式包括但不限于永久存储在不可写存储介质(诸如ROM设备)上的信息，以及可更改地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM设备，以及其他磁和光介质)上的信息。处理、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。替代地，可以使用诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其他硬件部件或设备的适当的硬件部件，或者硬件、软件和固件部件的组合来整体或部分地实现处理、方法或算法。这样的示例设备可以作为车辆计算系统的一部分车载，或者位于车外并且与一个或多个车辆上的设备进行远程通信。
尽管上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成本公开的可能未被明确描述或示出的进一步的示例性方面。尽管可以将各种实施例描述为提供优点或对于一个或多个期望的特性相对于其他实施例或现有技术实施方式是优选的，但是本领域的普通技术人员认识到一个或多个特征或特性可能被折中以实现期望的总体系统属性，其取决于特定的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易于组装等。这样，描述为对于一个或多个特性不如其他实施例或现有技术实施方式令人满意的实施例仍在本公开的范围之内，并且对于特定的应用可能是更期望的。

Claims (7)

1.一种用于车辆的自动驾驶的处理器实现的方法，包含：
由一个或多个数据处理器接收车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据；
由所述一个或多个数据处理器生成对于所述车辆状态数据、所述地图数据和所述车辆对象环境数据最优的第一轨迹路径；
由所述一个或多个数据处理器基于所述车辆状态数据和所述车辆对象环境数据确定是否更新所述第一轨迹路径；以及
由所述一个或多个数据处理器基于所述车辆状态数据和所述车辆对象环境数据生成更新的轨迹路径；
其中所述更新的轨迹路径包括对所述第一轨迹路径的速度曲线和空间路径中的一个或多个进行的改变；并且
其中向所述车辆中的控制器提供所述更新的轨迹路径以用于实现驾驶情景规划。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆对象环境数据包括与所述第一轨迹路径附近的其他车辆相关的数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收的车辆状态数据、地图数据和车辆对象环境数据由以下模块中的一个提供：用于列出检测到的远处道路使用者和道路上的障碍物的传感器融合模块；包括关于道路网络和交通流量限制的细节的地图模块；以及用于确定所述车辆的当前状态的车辆状态模块。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述车辆的所述当前状态包括车辆位置、车辆航向、车辆速度和车辆加速度中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述车辆状态数据和所述车辆对象环境数据生成更新的轨迹路径包括使用贝塞尔曲线的特性执行轨迹评估。
6.根据权利要求2所述的方法，进一步包含基于所述车辆对象环境数据来审查和检查所述更新的轨迹路径以发现与在所述更新的轨迹路径附近检测到的其他车辆可能发生的碰撞。
7.根据权利要求6所述的方法，其中审查和检查所述更新的轨迹包括使用贝塞尔曲线来用目标车辆的预计轨迹评估所述更新的轨迹。
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