CN111824181B - 一种轨迹规划方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨迹规划方法及装置，方法包括：获取车辆的运行参数；确定方向盘转动至第一角度的过程对应的第一段轨迹的规划方程；确定方向盘保持第一角度不变的过程对应的第二段轨迹的规划方程；确定方向盘由第一角度回正过程对应的第三段轨迹的规划方程；基于运行参数分别计算得到第一段轨迹、第二段轨迹和第三段轨迹的规划方程的方程系数。所述轨迹规划方法及装置，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹分成三段分别进行规划；且过程中结合车辆动力学特征，保证了规划的轨迹的合理性和可执行性。

Description

一种轨迹规划方法及装置

技术领域

本发明涉及智能驾驶技术领域，更具体的说，是涉及一种轨迹规划方法及装置。

背景技术

轨迹规划是智能驾驶技术或辅助驾驶技术中用以完成车道中心线行驶和换道等功能的重要内容。现有的车辆智能驾驶或辅助驾驶汽车轨迹规划生成方法都是给定一系列位置点，使用最小二乘法进行拟合或者在Frenet坐标系(Frenet坐标系是一种以比传统笛卡尔坐标更直观的方式表示道路位置的方式)下给定多项式方程，根据车辆的位置、航向、横摆角速度等参数最终确定规划轨迹的方程。

然而，一般的汽车辅助驾驶系统的控制器的计算力有限，难以满足先存储大量的位置点，再采用诸如最小二乘法等算法进行拟合的实时性需求。而且，上述现有的轨迹规划方法在实现中并没有充分考虑车辆的一些运行参数，导致其生成的轨迹不合理，对不同工况的适应性也比较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轨迹规划方法及装置，以克服现有技术中轨迹规划方法难以满足系统实时性需求和轨迹规划效果不理想的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轨迹规划方法，包括：

获取车辆的运行参数；

确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹；

确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹；

确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹；

基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数。

可选的，所述获取车辆的运行参数，包括：

获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度。

可选的，所述确定第一段轨迹的规划方程，包括：

在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

可选的，所述确定第二段轨迹的规划方程，包括：

在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第二段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

可选的，所述确定第三段轨迹的规划方程，包括：

在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第三段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

一种轨迹规划装置，包括：

参数获取模块，用于获取车辆的运行参数；

方程确定模块，用于确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹；

和，确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹；

和，确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹；

系数确定模块，用于基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数。

可选的，所述参数获取模块具体用于：获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度。

可选的，所述方程确定模块包括第一确定模块，用于在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

可选的，所述方程确定模块包括第二确定模块，用于在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第二段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

可选的，所述方程确定模块包括包括第三确定模块，用于在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第三段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种轨迹规划方法及装置，方法包括：获取车辆的运行参数；确定方向盘转动至第一角度的过程对应的第一段轨迹的规划方程；确定方向盘保持第一角度不变的过程对应的第二段轨迹的规划方程；确定方向盘由第一角度回正过程对应的第三段轨迹的规划方程；基于运行参数分别计算得到第一段轨迹、第二段轨迹和第三段轨迹的规划方程的方程系数。所述轨迹规划方法及装置，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹规划分成三段轨迹分别进行规划；且过程中结合车辆动力学特征，保证了规划的轨迹的合理性和可执行性，保证了辅助驾驶功能的驾驶平稳性和舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种轨迹规划方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种轨迹规划装置的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种方程确定模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例公开的一种轨迹规划方法的流程图，参见图1所示，轨迹规划方法可以包括：

步骤101：获取车辆的运行参数。

为了保证规划出的轨迹符合车辆动力学约束，同时保证规划出的轨迹与车辆的行驶轨迹吻合，需要保证每段轨迹及不同段轨迹的位置、航向和横摆角速度连续，即保证车辆在轨迹上，同时该轨迹的一阶导数与车辆相对车道线的航向相同、二阶导数与车辆的轨迹的曲率相同。后续可基于此原则确定轨迹方程。

其中，车辆的运行参数可以是任何与轨迹规划有关的参数，其可以包括实时变化的参数，也可以是车辆的固有参数。例如，实时变化的参数可以包括车辆在车道内相对于车道中心线的横向位置、车速、航向等信息；车辆的固有参数例如包括车辆方向盘的转向比。其中的横向位置用于表示车辆中心点相对于车道中心线的垂直距离。

步骤102：确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹。

在驾驶员实际驾驶行为中，当需要进行换道或转弯操作时，通常为了保证车辆平稳，会按照一定速度转动方向盘，在方向盘达到一定角度时维持该角度不变，之后根据车辆的航向将方向盘回正。参照驾驶员的实际驾驶行为，本申请实施例中，在无人驾驶或辅助驾驶的场景中，将轨迹规划工作做分段处理，即进行分段轨迹规划，其中第一段轨迹对应方向盘转动至一定角度的过程；第二段轨迹对应方向盘维持一定角度不变的过程；第三段轨迹对应方向盘回正的过程；三段轨迹可以依据方向盘的转向动作生成相应的轨迹方程。

由此，首先需要确定第一段轨迹的规划方程，即车辆方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹。

步骤103：确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹。

步骤104：确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹。

确定了第一段轨迹的轨迹方程后，接下来需要依次确定第二段轨迹的规划方程和第三段轨迹的规划方程。

需要说明的是，由于不同轨迹段对应的方向盘状态不相同，因此需要考虑不同状态下一些约束条件和数值的特定情况。具体的确定不同轨迹的规划方程的内容，将在后面的实施例详细介绍，在此不再过多描述。

步骤105：基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数。

在确定了各个轨迹段的规划方程后，还需要确定规划方程中的各个方程系数，以便于在确定方程系数后，后续可直接根据已知条件，将其代入规划方程进行轨迹规划。

依据已经确定的各个规划方程，根据车辆运行参数之间一些固定的关系进行推导，可得到能够用车辆的运行参数表示的方程系数。这样，当有车辆的运行参数时，就能够根据确定的不同轨迹段的规划方程进行轨迹规划。后续可基于已经确定了方程系数的规划方程依次进行所述第一段轨迹、所述第二段轨迹和所述第三段轨迹的轨迹规划。

本实施例所述轨迹规划方法，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹规划分成三段轨迹分别进行规划；且过程中结合车辆动力学特征，保证了规划的轨迹的合理性和可执行性，保证了辅助驾驶功能的驾驶平稳性和舒适性。

上述实施例中，获取车辆的运行参数，可以包括：获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度增益。

具体的，上述运行参数中的一部分可以通过车辆上布置的传感器获得；另一部分需要通过相应的测量甚至计算确定获取。例如，获取的运行参数可以包括车辆在当前车道内的横向位置(相对车道中心线)C0、车速、相对于左右车道线的航向C1以及车辆的横摆角速度Yawrate；同时还可以测量在不同车速下转向系统的响应，得到横摆角速度增益，即不同车速点的方向盘转角到横摆角速度的增益。横摆角速度增益可以通过执行器测试得到，其表示在某一车速下，方向盘转角与横摆角速度值的倍数关系。通常根据需要，测出多组速度下的值，进行记录。该值的测试方法为在某一稳定车速下，给电动助力转向机构施加一个固定的扭矩值，待方向盘转角稳定时，通过传感器读取方向盘转角和横摆角速度值，计算这两个量的比值得到最终的横摆角速度，形成可查询的增益表。

上述实施例中，所述确定第一段轨迹的规划方程，可以包括：在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置。其中的横向位置用于表示车辆(车辆中心点)相对于车道中心线的垂直距离，纵向位置表示车辆位置与轨迹起点之间的距离。

具体的，第一段轨迹(对应下述轨迹1)对应完成方向盘匀速转动动作的过程，结合下方的公式推导过程，方向盘转速只与多项式方程的三次项系数有关，为保证方向盘匀速转动，需要固定三次项的系数，同时为保证方向盘速度不变，该轨迹方程最多只能有三次导数存在，因此该方程最高次为三次，故给定多项式方程：y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y表示车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置。

根据车辆动力学方程可知，横摆角速度与车速v、转弯半径R和轨迹曲率C_曲率关系如下：

式中K为横摆角速度增益，θ为方向盘转角；

将上式两边对时间t求导，可得：

其中

代入上式可得

因此三次项系数与方向盘转速关系为

由上式可知，根据设定的方向盘转速，可以计算出a₃值，即可得到方向盘匀速转动的轨迹方程。综上，根据车辆起点的位置、航向和Yawrate即可确定多项式前三个系数，如下：

其中，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，即依据轨迹曲率确定，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，即依据轨迹曲率的变化率确定。C₀和C₁即为此段轨迹开始时车辆所对应的横向位置和航向的具体值。

上述实施例中，所述确定第二段轨迹的规划方程，可以包括：在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置。

具体的，第二段轨迹(对应下述轨迹2)对应方向盘维持第一角度不变的过程。其规划方程可以给定多项式方程：y＝b₀+b₁x+b₂x²。

当方向盘转角保持不变时，车辆前轮转角也保持不变，此时车辆的行驶轨迹为圆形，此时车辆的横摆角速度为定值，根据上述分析可知，给定二次多项式，该二次多项式的二阶导数对应车辆横摆角速度，因此二次项系数b2为恒定值，加上车辆当前的位置和航向约束，可以求得b₀、b₁，如下：

其中，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数,即依据轨迹曲率确定，由于第二段轨迹的曲率第二段轨迹的车速和横摆角速度确定，因此，a₂和b₂以及下述的c₂均为不同的数值。上述轨迹2方程系数中C₀为第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，C₁为第二段轨迹开始时车辆对应的航向。

上述实施例中，所述确定第三段轨迹的规划方程，可以包括：在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置。其中，第一数值的设置根据经验确定，保证在驾驶员以正常的速度控制方向盘回正的条件下进行轨迹规划，回正速度不宜过快。

具体的，第三段轨迹对应方向盘从第一角度回正的过程。给定多项式方程：y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵。

具体的，第三段轨迹的轨迹方程，需要考虑车辆起点与终点的位置、航向和曲率，因此共有6个约束，即有6个方程对应五次多项式对应的系数，根据上述约束可求得该方程参数(“根据条件”括号中的方程参数)如下：(“根据条件”括号中)左边三个参数分别表示当前车辆轨迹方程的0-3阶导数，右侧三个未知数表示规划终点的0-3阶导数，其物理含义分别对应车辆在起点和终点的横纵向位置、航向和曲率，x₀表示车辆当前纵向位置，x₁表示规划终点的纵向距离，x₁-x₀即代表该段轨迹给定的规划距离：

其中，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为曲率的变化率相关系数。c₄和c₅根据方程解出。上述轨迹3方程系数中C₀为第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，C₁为第三段轨迹开始时车辆对应的航向。

上述内容分别详细介绍了第一段轨迹、第二段轨迹、第三段轨迹的轨迹方程的推导过程以及方程系数的确定，依据上述公开内容，领域内技术人员能够更好的实施本发明内容。

本申请实施例公开的轨迹规划方法，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹规划分成三段轨迹分别进行规划；实现与车辆动力学紧密结合，将轨迹方程与方向盘的转角、转速相结合，保证了轨迹的合理性和可执行性。采用本申请公开的方案，能够保证划分的每一段轨迹都是平滑的，同时前一段轨迹的终点与下一段轨迹的起点有相同的曲线约束，因此三段轨迹整体是连续且可导的，保证整个动作轨迹的连续性。

此外，由于每段轨迹的平滑过渡，车辆在执行过程中方向盘不会发生抖动等突变，保证了驾驶平稳性与舒适性。本发明中的轨迹规划方法是通过对起点和终点两个点的约束进行曲线拟合，避免了大量数据点的存储，因此对存储空间和算力的消耗都相对较少，能够克服现有技术中由于采用最小二乘法等算法进行拟合实现轨迹规划而需要大量计算力的问题。

需要说明的是，因为本身车辆换道或转向对应的这段轨迹长度较短，前述三段轨迹总长度约在100米左右，同时由于轨迹进行了三段的分段，这样每段轨迹长度就更短，因此在较短长度中，取起点和终点进行轨迹规划和方程计算不存在准确度降低的问题；由于共分三段，每段都取了起点和终点，相当于在这个过程中，共考虑了6个点的约束，同时加上在规划方程中加入了车辆动力学约束，可以保证生成轨迹的准确性和可执行性。

需要说明的是，以上仅是对所描述的第一段轨迹、第二段轨迹和第三段轨迹方程的一个具体实例的描述，在基于“以方向盘转角的变化情况对转向轨迹进行分段处理”的技术思想下，本领域的普通技术人员还可获得其他的轨迹方程形式，本发明对此不作限定。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图2为本发明实施例公开的一种轨迹规划装置的结构示意图，参见图2所示，轨迹规划装置20可以包括：

参数获取模块201，用于获取车辆的运行参数。

方程确定模块202，用于确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹；和，确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹；和，确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹；

系数确定模块203，用于基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数。

后续可以基于已经确定了方程系数的规划方程依次进行所述第一段轨迹、所述第二段轨迹和所述第三段轨迹的轨迹规划。

本实施例所述轨迹规划装置，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹规划分成三段轨迹分别进行规划；且过程中结合车辆动力学特征，保证了规划的轨迹的合理性和可执行性，保证了辅助驾驶功能的驾驶平稳性和舒适性。

上述实施例中，所述参数获取模块201具体用于：获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度。

图3为本发明实施例公开的一种方程确定模块的结构示意图，结合图3所示，方程确定模块202可以包括：

第一确定模块301，用于在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

第二确定模块302，用于在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第二段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

第三确定模块303，用于在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第三段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

本申请实施例公开的轨迹规划装置，考虑到驾驶员执行换道或转弯操作的实际情况，将轨迹规划分成三段轨迹分别进行规划；实现中与车辆动力学紧密结合，将轨迹方程与方向盘的转角、转速相结合，保证了轨迹的合理性和可执行性。采用本申请公开的方案，能够保证划分的每一段轨迹都是平滑的，同时前一段轨迹的终点与下一段轨迹的起点有相同的曲线约束，因此三段轨迹整体是连续且可导的，保证整个动作轨迹的连续性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种轨迹规划方法，其特征在于，包括：

获取车辆的运行参数；

确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹；

确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹；

确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹；

基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数；

所述获取车辆的运行参数，包括：获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度；

所述确定第一段轨迹的规划方程，包括：在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定；

其中，横摆角速度与车速v、转弯半径R和轨迹曲率C_曲率关系如下：

其中，K为横摆角速度增益，θ为方向盘转角；

对

进行时间t求导，可得：

其中，

代入

得

三次项系数与方向盘转速关系为

根据设定的方向盘转速，计算出a₃值；根据车辆起点的位置、航向和Yawrate确定多项式的前三个系数如下：

其中，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，依据轨迹曲率确定，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，C₀和C₁为轨迹开始时车辆所对应的横向位置和航向的值。

2.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述确定第二段轨迹的规划方程，包括：

在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第二段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

3.根据权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述确定第三段轨迹的规划方程，包括：

在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，包括：

根据条件

定义

其中，x₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的纵向位置，x₁表示规划终点的纵向距离，x₁-x₀表示该段轨迹给定的规划距离，y₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，y₁表示规划终点的横向距离，y₁-y₀表示该段轨迹给定的规划距离，u₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的航向，u₁表示规划终点的航向，v₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的曲率，y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第三段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为轨迹曲率的变化率相关系数，c₄和c₅根据第三段轨迹方程得出，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

4.一种轨迹规划装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取车辆的运行参数；

方程确定模块，用于确定第一段轨迹的规划方程，所述第一段轨迹对应方向盘由初始位置转动到第一角度的过程对应的车辆运行轨迹；

和，确定第二段轨迹的规划方程，所述第二段轨迹对应方向盘保持所述第一角度不变的状态对应的车辆运行轨迹；

和，确定第三段轨迹的规划方程，所述第三段轨迹对应方向盘由所述第一角度转动至所述初始位置的过程对应的车辆运行轨迹；

系数确定模块，用于基于所述运行参数分别计算得到所述第一段轨迹的规划方程、所述第二段轨迹的规划方程和所述第三段轨迹的规划方程的方程系数；

所述参数获取模块具体用于：获取车辆在当前车道内的横向位置、车速、航向和横摆角速度；

所述方程确定模块包括第一确定模块，用于在设定方向盘由初始位置匀速转动到第一角度的前提下，确定第一段轨迹的规划方程为y＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定；

其中，横摆角速度与车速v、转弯半径R和轨迹曲率C_曲率关系如下：

其中，K为横摆角速度增益，θ为方向盘转角；

对

进行时间t求导，可得：

其中，

代入

得

三次项系数与方向盘转速关系为

根据设定的方向盘转速，计算出a₃值；根据车辆起点的位置、航向和Yawrate确定多项式的前三个系数如下：

其中，a₀为所述第一段轨迹开始时车辆对应的横向位置，a₁为所述第一段轨迹开始时车辆对应的航向，a₂为轨迹曲率相关系数，依据轨迹曲率确定a₃为轨迹曲率的变化率相关系数，C₀和C₁为轨迹开始时车辆所对应的横向位置和航向的值。

5.根据权利要求4所述的轨迹规划装置，其特征在于，所述方程确定模块包括第二确定模块，用于在设定方向盘保持在第一角度不变的前提下，确定第二段轨迹的轨迹方程为y＝b₀+b₁x+b₂x²，其中y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，b₀为所述第二段轨迹开始时车辆对应的横向位置，b₁为所述第二段轨迹开始时车辆对应的航向，b₂为轨迹曲率相关系数，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

6.根据权利要求4所述的轨迹规划装置，其特征在于，所述方程确定模块包括第三确定模块，用于在设定方向盘在以不超过第一数值的速度由所述第一角度转动至所述初始位置的前提下，确定第三段轨迹的轨迹方程为y＝c₀+c₁x+c₂x²+c₃x³+c₄x⁴+c₅x⁵，包括：

根据条件

定义

其中，x₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的纵向位置，x₁表示规划终点的纵向距离，x₁-x₀表示该段轨迹给定的规划距离，y₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，y₁表示规划终点的横向距离，y₁-y₀表示该段轨迹给定的规划距离，u₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的航向，u₁表示规划终点的航向，v₀表示第三段轨迹开始时车辆对应的曲率，y为车辆的横向位置，x表示车辆的纵向位置，c₀为所述第三段轨迹开始时车辆对应的横向位置，c₁为所述第三段轨迹开始时车辆对应的航向，c₂为轨迹曲率相关系数，c₃为轨迹曲率的变化率相关系数，c₄和c₅根据第三段轨迹方程得出，所述轨迹曲率依据所述车速和横摆角速度确定。

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