CN116300938A - 铰接式车辆的轨迹规划方法、装置、设备和介质 - Google Patents

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CN116300938A CN202310277694.2A CN202310277694A CN116300938A CN 116300938 A CN116300938 A CN 116300938A CN 202310277694 A CN202310277694 A CN 202310277694A CN 116300938 A CN116300938 A CN 116300938A
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冯世林
周小成
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Abstract

本公开实施例公开了一种铰接式车辆的轨迹规划方法、装置、设备和介质，该方法包括：获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，根据目标半挂车的轮廓点横向偏差、待规划区域对应的安全边界范围、牵引车横向偏差和半挂车横向偏差，构建安全约束，进而以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型和安全约束为约束条件，对初始参考轨迹进行迭代求解，得到目标控制量序列，从而确定在待规划区域内的目标参考轨迹，实现了考虑半挂车轮廓点的偏差的安全约束，通过一并限制半挂车的轮廓点的横向偏差不超过安全边界范围，保证了长轴距、宽车身的铰接式车辆可以安全通过狭窄区域，提高了铰接式车辆通过狭窄区域的安全性。

Description

铰接式车辆的轨迹规划方法、装置、设备和介质
技术领域
本公开涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种铰接式车辆的轨迹规划方法、装置、设备和介质。
背景技术
随着自动驾驶市场关注度由乘用车逐渐转向商用车，自动驾驶商用车发展加速。众多科技企业纷纷落地商用车自动驾驶解决方案，并在多场景实现落地应用，标志着自动驾驶商用车发展进入了产品期。其中，铰接式车辆因其具有尺寸长、载货量大以及运输成本低等优势，在港口码头、矿山、物流园区等众多商业化落地场景受到广泛关注，成为自动驾驶领域的重点研究对象。
相较于单车，铰接式车辆增加了一个受牵引销约束的半挂车，可以视为牵引-半挂车进行模型简化。这类车辆的特点是车体较宽、半挂车轴距较长，在通过弯道时需要较大的转向空间。考虑到目前此类车型落地应用的典型场景，例如港口码头、矿山、物流园区等场景，通常涉及一些空间狭窄、局部道路曲率较大的环境。在这类狭窄区域中，长轴距、宽车身的铰接式车辆很难以安全通过。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种铰接式车辆的轨迹规划方法、装置、设备和介质，以实现对铰接式车辆的轨迹规划，解决现有技术中长轴距、宽车身的铰接式车辆难以安全通过狭窄区域的技术问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种铰接式车辆的轨迹规划方法，该方法包括：
获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
第二方面，本公开实施例还提供了一种铰接式车辆的轨迹规划装置，该装置包括：
获取模块，用于获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
约束构建模块，用于根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
迭代模块，用于确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹
第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的铰接式车辆的轨迹规划方法。
第四方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的铰接式车辆的轨迹规划方法。
本公开实施例提供的一种铰接式车辆的轨迹规划方法，通过获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，根据目标铰接式车辆中目标半挂车的轮廓点横向偏差、待规划区域对应的安全边界范围、目标铰接式车辆的实际状态向量中的牵引车横向偏差和半挂车横向偏差，构建安全约束，进而以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型和安全约束为约束条件，对初始参考轨迹进行迭代求解，得到目标控制量序列，从而确定在待规划区域内的目标参考轨迹，实现了考虑半挂车轮廓点的偏差的安全约束，通过一并限制半挂车的轮廓点的横向偏差不超过安全边界范围，保证了长轴距、宽车身的铰接式车辆可以安全通过狭窄区域，并且，通过以安全裕度最大化为目标函数进行求解，可以使得最终构建的轨迹具备较大的安全裕度，进一步提高了铰接式车辆通过狭窄区域的安全性。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
图1为本公开实施例中的一种铰接式车辆的轨迹规划方法的流程图；
图2为本公开实施例中的一种铰接式车辆的示意图；
图3为本公开实施例中的另一种铰接式车辆的示意图；
图4为本公开实施例中的另一种铰接式车辆的示意图；
图5为本公开实施例中的一种跟踪偏差示意图；
图6为本公开实施例中的一种目标牵引车的跟踪偏差示意图；
图7为本公开实施例中的各转弯半径示意图；
图8为本公开实施例中的一种轮廓点示意图；
图9为本公开实施例中的一种铰接式车辆的轨迹规划装置的结构示意图；
图10为本公开实施例中的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
图1为本公开实施例中的一种铰接式车辆的轨迹规划方法的流程图。该方法可以由铰接式车辆的轨迹规划装置执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法具体可以包括如下步骤：
S110、获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，安全裕度评价函数用于根据实际状态向量确定车辆通行安全裕度。
其中，目标铰接式车辆可以理解为由牵引车以及受牵引销约束的半挂车构成。目标铰接式车辆的特点在于车体宽、且半挂车的轴距较长，因此在通过弯道时需要较大的转向空间。
示例性的，图2为本公开实施例中的一种铰接式车辆的示意图。其中，L1为无人驾驶的目标牵引车的轴距，L1 f为目标牵引车的前轴中心到目标牵引车的前端的距离，L1 r为目标牵引车的后轴中心到目标牵引车的后端的距离，W为目标牵引车的宽度。M1为目标牵引车的后轴中心到牵引销(H点)的距离。L2为目标半挂车的后轴中心到牵引销(H点)的距离，L2 r为目标半挂车的后轴中心到目标半挂车的后端的距离。
在图2中，目标牵引车和目标半挂车的宽度相同，然而，两者的宽度也可以不同，当目标牵引车与目标半挂车的宽度不相同时，可以取两者最大的宽度值作为整车的宽度值。即，在本公开实施例中，可以设定目标铰接式车辆中的目标牵引车与目标半挂车宽度相同，均为W。
如图2所示，其中牵引销(H点)位于目标牵引车的后轴中心的前方。除此之外，图3-图4为本公开实施例中的另一种铰接式车辆的示意图，牵引销(H点)还可以位于目标牵引车的后轴中心上的铰接结构，如图3所示；或者，牵引销(H点)还可以位于目标牵引车的后轴中心的后方的铰接结构，如图4所示。
在本公开实施例中，跟踪偏差模型可以是用于描述目标铰接式车辆相对于初始参考轨迹的偏差的模型。具体的，跟踪偏差模型可以用于确定目标铰接式车辆在初始参考轨迹中各离散点处的实际状态向量。实际状态向量可以包括目标牵引车和目标半挂车的偏差信息。
其中，离散点可以是根据预设采样距离在初始参考轨迹中采样得到的点。示例性的，假设预设采样距离为Δs，采样个数为N，则初始参考轨迹的长度可以为N*Δs，得到N+1个(包含初始参考轨迹中的起始点)离散点。
具体的，可以构建一个用于根据前一离散点处的实际状态向量确定当前离散点处的实际状态向量的跟踪偏差模型。
在一种具体的实施方式中，获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，包括：根据初始参考轨迹中各离散点的参考状态向量以及参考转向曲率，确定各离散点的第一状态转移矩阵和第二状态转移矩阵；基于第一状态转移矩阵、第二状态转移矩阵以及参考转向曲率对应的常数项，构建当前离散点的实际状态向量、当前离散点的实际转向曲率与下一离散点的实际状态向量之间的状态向量转移关系；将状态向量转移关系作为跟踪偏差模型。
其中，离散点的参考状态向量可以是与离散点处的实际状态向量对应的初始参考轨迹中的参考向量。离散点的参考转向曲率可以是在离散点处初始参考轨迹的转向曲率。下面对第一状态转移矩阵和第二状态转移矩阵的确定过程进行说明：
记目标牵引车的航向角为
Figure BDA0004137643440000051
目标半挂车的航向角为/>
Figure BDA0004137643440000052
则目标牵引车与目标半挂车之间的铰接角/>
Figure BDA0004137643440000053
以(x1,y1)表示目标牵引车的后轴中心处的坐标，(x2,y2)为目标半挂车的后轴中心处的坐标，则描述目标牵引车运动过程的方程可以写作：
Figure BDA0004137643440000061
式中，v表示目标牵引车的后轴中心处的速度，δf表示目标牵引车的前轮偏角，
Figure BDA0004137643440000062
分别表示x1、y1、/>
Figure BDA0004137643440000063
的变化率。目标牵引车与目标半挂车之间的夹角的变化率可以为：
Figure BDA0004137643440000064
式中，κ为目标牵引车的实际转向曲率，其与目标牵引车的前轮偏角δf的关系是：κ＝tan(δf)/L1。
进一步的，目标铰接式车辆相对于初始参考轨迹的跟踪偏差可以参见图5，图5为本公开实施例中的一种跟踪偏差示意图。如图5所示，可以将初始参考轨迹记为γ，记目标牵引车在初始参考轨迹上的投影点为P1，记目标半挂车在初始参考轨迹上的投影点为P2，将目标牵引车的后轴中心在初始参考轨迹上的投影点P1与初始参考轨迹起点之间的弧长记为s，将目标半挂车的后轴中心在初始参考轨迹上的投影点P2与初始参考轨迹起点之间的弧长记为stra。其中，投影点可以是：沿后轴中心作垂直于初始参考轨迹的直线，该直线与初始参考轨迹的交点即为投影点。
参见图5，目标牵引车相对于初始参考轨迹的航向偏差
Figure BDA0004137643440000065
为目标牵引车的航向与在投影点P1处初始参考轨迹的切线方向的夹角，目标牵引车相对于初始参考轨迹的横向偏差ey为目标牵引车的后轴中心与投影点P1之间的距离。目标半挂车相对于初始参考轨迹的航向偏差/>
Figure BDA0004137643440000066
为目标半挂车的航向与在投影点P2处初始参考轨迹的切线方向的夹角，目标半挂车相对于初始参考轨迹的横向偏差ey,tra为目标半挂车的后轴中心与投影点P2之间的距离。目标牵引车的后轴中心的航向与目标半挂车的后轴中心的航向之间的夹角为铰接角β1。
进一步的，目标牵引车相对于参考轨迹的跟踪偏差以及β1的变化率可以表示为：
Figure BDA0004137643440000071
Figure BDA0004137643440000072
Figure BDA0004137643440000073
Figure BDA0004137643440000074
式中，
Figure BDA0004137643440000075
表示变量相对于时间的微分，κr(s)表示目标牵引车的后轴中心在初始参考轨迹投影点P1处的参考转向曲率，可以简写为κr。令Rref表示参考转弯半径，则有/>
Figure BDA0004137643440000076
进一步的，可以等价转换为frenet坐标系下的表达式：
Figure BDA0004137643440000077
Figure BDA0004137643440000078
Figure BDA0004137643440000079
式中，(·)′＝d(·)/ds，表示变量相对于弧长s的微分。令
Figure BDA00041376434400000710
Figure BDA00041376434400000711
表示目标牵引车的偏差向量，则上述公式可以简写为紧凑形式：z′＝f(z,κ,κγ)。需要说明的是，对于图2中牵引销位于目标牵引车的后轴中心的前方，M1可以取负值，对于图3中牵引销位于目标牵引车的后轴中心，M1取值可以为零，对于图4中牵引销位于目标牵引车的后轴中心的后方，M1可以取正值。
进一步的，从目标牵引车的后轴中心在初始参考轨迹上的投影点P1开始，对初始参考轨迹γ以固定的弧长Δs进行采样，则各个采样得到的离散点处的参考转向曲率记为
Figure BDA00041376434400000712
其中k为离散点的索引，N+1为个离散点的个数(包含起始点)。各个离散点相对于P1的弧长可记为/>
Figure BDA0004137643440000081
定义参考状态向量为
Figure BDA0004137643440000082
则上述公式在各离散点处进行泰勒级数(还可以是矩阵指数展开、Koopman算子等)展开，并忽略高阶项，可以得到离散的线性化表达，即相邻离散点处的实际状态向量之间的状态向量转移关系：
zk+1＝Ak zk+Bkκ+G；
式中，
Figure BDA0004137643440000083
G为常数项，zr,0＝z0。其中，Ak即为第一状态转移矩阵，Bk即为第二状态转移矩阵。zk为第k个离散点处的实际状态向量，κ为第k个离散点处的实际转向曲率，κγ,k为第k个离散点处的参考状态向量。
因此，可以将上述状态向量转移关系的公式作为跟踪偏差模型，即，跟踪偏差模型可以根据当前离散点的实际状态向量、实际转向曲率、参考状态向量、参考转向曲率、以及常数项，确定下一离散点的实际状态向量。
在本公开实施例中，以目标牵引车的实际转向曲率为控制量，若给定一个控制量序列
Figure BDA0004137643440000084
则可以根据目标牵引车的位姿确定当前的偏差向量
Figure BDA0004137643440000085
进而根据跟踪偏差模型，获取到一系列目标牵引车相对于初始参考轨迹的偏差向量，记作/>
Figure BDA0004137643440000086
示例性的，如图6所示，图6为本公开实施例中的一种目标牵引车的跟踪偏差示意图。
在上述实施方式中，通过确定第一状态转移矩阵和第二状态转移矩阵，进而构建状态向量转移关系，实现了基于状态向量转移关系、实际转向曲率的状态向量的确定，可以更准确地描述出目标铰接式车辆在各离散点处的偏差，进而保证求解的目标参考轨迹的安全性。
除了描述目标牵引车相对于初始参考轨迹的偏差向量之外，还可以确定目标半挂车相对于初始参考轨迹的偏差向量。需要说明的是，确定目标半挂车的偏差向量的目的在于：为了规划出使长轴距、大尺寸的铰接式车辆以较大的安全裕度通过狭窄区域，除了要保证牵引车的偏差不超过安全范围之外，还要保证半挂车的偏差不超过安全范围，进而可以结合牵引车和半挂车的偏差进行轨迹优化，保证铰接式车辆可以安全通过狭窄区域。
在本公开实施例中，除了构建包括状态向量转移关系的跟踪偏差模型之外，可以通过跟踪偏差模型，针对每一个离散点，根据在离散点处的目标牵引车的偏差向量确定目标半挂车的偏差向量。
可选的，获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，还包括：构建牵引车偏差向量与半挂车偏差向量之间的差分转换关系，以通过差分转换关系、牵引车偏差向量确定半挂车偏差向量；将差分转换关系作为跟踪偏差模型；
其中，半挂车偏差向量包括半挂车横向偏差以及半挂车航向偏差；差分转换关系满足如下公式：
Figure BDA0004137643440000091
Figure BDA0004137643440000092
式中，ey表示牵引车横向偏差，
Figure BDA0004137643440000093
表示牵引车航向偏差，β1表示铰接角，/>
Figure BDA0004137643440000094
表示半挂车横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000095
表示半挂车航向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000096
Figure BDA0004137643440000097
分别为参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、半挂车横向偏差的参考值、半挂车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
具体的，实际状态向量包括牵引车偏差向量
Figure BDA0004137643440000098
和半挂车偏差向量/>
Figure BDA0004137643440000099
其中，牵引车偏差向量包括牵引车横向偏差ey、牵引车航向偏差/>
Figure BDA0004137643440000101
以及铰接角β1，半挂车偏差向量包括半挂车横向偏差ey,tra以及半挂车航向偏差
Figure BDA0004137643440000102
在本公开实施例中，可以通过有限差分法得到ztra的近似值
Figure BDA0004137643440000103
作为最终的半挂车偏差向量。
具体的，首先，可以根据参考状态向量中的牵引车偏差向量的参考值，确定半挂车偏差向量的参考值
Figure BDA0004137643440000104
如，可以将牵引车偏差向量的参考值/>
Figure BDA0004137643440000105
经过坐标系转换，得到在笛卡尔坐标系下的位姿/>
Figure BDA0004137643440000106
根据目标牵引车与目标半挂车之间的夹角β1，以及目标铰接式车辆的尺寸，可以获取目标半挂车在笛卡尔坐标系下的表示(xtra ytra θtra)，将(xtra ytra θtra)在初始参考轨迹上投影，计算/>
Figure BDA0004137643440000107
然后，通过有限差分的方法获取
Figure BDA0004137643440000108
的值，有限差分包括向前差分、向后差分和中心差分等形式，这里以向前差分为例，计算公式如下：
Figure BDA0004137643440000109
Figure BDA00041376434400001010
Figure BDA00041376434400001011
Figure BDA00041376434400001012
Figure BDA00041376434400001013
Figure BDA00041376434400001014
进一步的，即可得到ztra的近似值
Figure BDA00041376434400001015
关于/>
Figure BDA00041376434400001016
和/>
Figure BDA00041376434400001017
的线性化表达式，即上述差分转换关系的公式。式中，/>
Figure BDA00041376434400001018
Figure BDA00041376434400001019
无法通过解析式的方式获取，可以通过有限差分的方法获得。
在本公开实施例中，可以将差分转换关系也作为跟踪偏差模型，进而使得跟踪偏差模型包括状态向量转移关系和差分转换关系，跟踪偏差模型还可以用于根据牵引车偏差向量确定半挂车偏差向量，实现了对铰接式车辆中半挂车的偏差的准确描述，与仅描述铰接式车辆中牵引车的偏差的跟踪偏差模型相比，本公开实施例提供的跟踪偏差模型可以更好的描述铰接式车辆的跟踪偏差，进而保证迭代求解的目标参考轨迹的行驶安全性。
除了获取跟踪偏差模型之外，还可以获取安全裕度评价函数。其中，安全裕度评价函数可以用于确定目标铰接式车辆按照初始参考轨迹在待规划区域内行驶的车辆通行安全裕度。待规划区域可以是狭窄区域。车辆通行安全裕度越大，则表示目标铰接式车辆的通行安全余量越大，即安全性越高。
在一种具体的实施方式中，获取目标铰接式车辆对应的安全裕度评价函数，包括：根据牵引车横向偏差、半挂车横向偏差以及半挂车横向偏差对应的参考权重，确定牵引车横向偏差与半挂车横向偏差的加权和，以通过加权和描述目标铰接式车辆在初始参考轨迹两侧的投影之间的分布差距；基于各离散点分别对应的加权和，构建目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
其中，针对每一个离散点，牵引车横向偏差与半挂车横向偏差的加权和可以是如下形式：
Figure BDA0004137643440000111
其中，ey为牵引车横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000112
为半挂车横向偏差，W为参考权重。
需要说明的是，采用加权和构建安全裕度评价函数的目的在于：由于目标铰接式车辆由目标牵引车和目标半挂车构成，而牵引车横向偏差的偏差方向与半挂车横向偏差的偏差方向相反，因此，可以采用牵引车横向偏差、半挂车横向偏差分别表示目标铰接式车辆在初始参考轨迹所在平面的投影的面积，进而通过加权和，描述在初始参考轨迹所在平面的投影分布在轨迹两侧的差距，即在轨迹两侧的投影的面积之间的差距。为了使得目标铰接式车辆在初始参考轨迹平面的投影尽量平均分布在初始参考轨迹的两侧。牵引车横向偏差与半挂车横向偏差的关系应满足：
Figure BDA0004137643440000121
具体的，加权和越小，则表示在初始参考轨迹两侧的投影之间的分布差距越小，进而表示目标铰接式车辆的一侧相对于初始参考轨迹的距离与另一侧相对于初始参考轨迹的距离之间的差距越小，即目标铰接式车辆上与初始参考轨迹距离最远的两端均越接近初始参考轨迹，目标铰接式车辆的两侧与待规划区域的道路边界或障碍物之间的距离越远。
其中，参考权重可以根据参考转弯半径(即目标牵引车的后轴中心在初始参考轨迹上的投影点处的转弯半径)、目标牵引车的后轴中心的实际转弯半径、目标半挂车的后轴中心的实际转弯半径确定。示例性的，参考权重可以采用如下公式计算：
Figure BDA0004137643440000122
式中，W为参考权重，Rref为参考转弯半径，R1表示目标牵引车的后轴中心的转弯半径，R2表示目标半挂车的后轴中心的转弯半径，M1为目标牵引车的后轴中心到牵引销的距离。
以初始参考轨迹为恒定曲率的轨迹为例，对参考权重的计算公式的推导过程进行示例性说明。如图7所示，图7为本公开实施例中的各转弯半径示意图。其中，R1表示牵引车后轴中心处的转弯半径，Rroad表示道路中心线(初始参考轨迹可以是道路中心线)的转弯半径，Rtt,r表示目标牵引车的最外侧轮廓点处的转弯半径，Rtt,l表示目标半挂车的最内侧轮廓点(内后轮)处的转弯半径。根据图7所示的目标牵引车的最外侧轮廓点处和外后轮的几何关系，可以得到：
Figure BDA0004137643440000123
Figure BDA0004137643440000124
若要使得目标铰接式车辆在初始参考轨迹所在平面的投影尽量平均分布在轨迹的两侧，则初始参考轨迹的转弯半径需要满足：
Figure BDA0004137643440000131
结合上述公式，可以得到R1的表达式，进一步的，目标牵引车与目标半挂车的横向偏差可以简化为：
ey＝Rref-R1；
Figure BDA0004137643440000132
进一步的，可以得到上述计算参考权重W的表达式。
在本公开实施例中，可以针对每一个离散点，确定加权和的平方，进而将所有离散点的加权和的平方的和，作为安全裕度评价函数，如：
Figure BDA0004137643440000133
式中，
Figure BDA0004137643440000134
可以直接作为通行代价，该通行代价可以反映车辆通行安全裕度。在上述实施方式中，无需单独计算目标铰接式车辆分布在轨迹两侧的面积，计算加权和即可，在保证轨迹安全性的同时，提高了轨迹规划效率。
当然，还可以在加权和的平方的基础上，进一步结合离散点处的通行平顺度，构建安全裕度评价函数。
可选的，基于各离散点分别对应的加权和，构建目标铰接式车辆的安全裕度评价函数，包括：将当前离散点与前一离散点之间的实际转向曲率的差值的平方和，确定为当前离散点对应的通行平顺度；根据离散点对应的牵引车横向偏差与半挂车横向偏差的加权和，确定离散点对应的通行平衡度；基于各离散点分别对应的通行平顺度和通行平衡度，构建目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
其中，通行平顺度用于描述车辆行驶的平顺度，通行平衡度用于描述车辆在轨迹两侧的投影的分布差距。即，可以将牵引车横向偏差与半挂车横向偏差的加权和的平方，作为通行平衡度，并且，将相邻两个离散点之间的实际转向曲率的差值的平方和，作为通行平顺度。进一步的，根据通行平衡度以及通行平顺度构建的安全裕度评价函数可以是：
Figure BDA0004137643440000135
其中，ωk为通行平顺度对应的权重，
Figure BDA0004137643440000141
为通行平衡度，Jk为通行平顺度，/>
Figure BDA0004137643440000142
κk表示第k个离散点处的实际转向曲率，Cost是通行代价，可以用于反映车辆通行安全裕度，与车辆通行安全裕度成反比。需要说明的是，通行代价越小，则表示车辆通行安全裕度越大，进而表示车辆按照规划的轨迹行驶的安全性越高。
在上述实施方式中，通过根据通行平顺度和通行平衡度构建安全裕度评价函数，可以进一步规划出投影分布均匀且平顺性高的轨迹，进而提高了规划的轨迹的安全性。
S120、根据目标半挂车的轮廓点横向偏差、实际状态向量中牵引车横向偏差、半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束。
其中，轮廓点可以是位于目标半挂车的车辆两侧上的边缘点。轮廓点横向偏差可以是轮廓点与轮廓点在初始参考轨迹上的投影点之间的距离。安全边界范围可以是根据待规划区域的道路边界以及障碍物所确定的车辆能够安全行驶的范围。安全约束可以是避免目标车辆与待规划区域的道路边界或障碍物发生碰撞的约束。
在一种具体的实施方式中，根据目标半挂车的轮廓点横向偏差、实际状态向量中牵引车横向偏差、半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束，包括：基于待规划区域的道路边界以及待规划区域内的障碍物信息，确定道路安全上边界和道路安全下边界；基于道路安全上边界和道路安全下边界构建待规划区域对应的安全边界范围，以轮廓点横向偏差、牵引车横向偏差以及半挂车横向偏差位于安全边界范围内为目标，构建安全约束。
即，安全边界范围可以包括道路安全上边界和道路安全下边界。其中，道路安全上边界、道路安全下边界可以分别理解为道路两侧的边界。示例性的，安全边界范围可以表示为：
Figure BDA0004137643440000143
具体含义为在第k个离散点处，横向偏差的上边界为ηub,k，横向偏差的下边界为ηlb,k。
具体的，可以以轮廓点横向偏差、牵引车横向偏差以及半挂车横向偏差位于安全边界范围内为目标，构建安全约束，即，轮廓点横向偏差、牵引车横向偏差以及半挂车横向偏差轮廓点横向偏差、牵引车横向偏差以及半挂车横向偏差均小于安全边界范围。如：
Figure BDA0004137643440000151
其中，z表示牵引车横向偏差，
Figure BDA0004137643440000152
表示半挂车横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000153
表示轮廓点横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000154
可以表示三个偏差中的最大值，即安全约束表示最大值小于安全边界范围。
在上述安全约束的表达式中，
Figure BDA0004137643440000155
也可以是三个偏差中的最大值与预留安全距离的和。即，安全约束表示横向偏差的最大值加上预留安全距离，需要小于安全边界范围，采用此安全约束求解的轨迹可以使得车辆始终行驶在安全边界范围内，还可以使得车辆与上边界或下边界至少保持预留安全距离，进一步提高了规划的轨迹的安全性。
在本公开实施例中，轮廓点横向偏差可以根据实际状态向量中牵引车偏差向量以及参考状态向量中牵引车偏差向量的参考值计算得到。
可选的，实际状态向量包括牵引车偏差向量和半挂车偏差向量，牵引车偏差向量包括牵引车横向偏差、牵引车航向偏差、以及目标牵引车与目标半挂车之间的铰接角，轮廓点横向偏差基于如下公式得到：
Figure BDA0004137643440000156
其中，ey表示牵引车横向偏差，
Figure BDA0004137643440000157
表示牵引车航向偏差，β1表示铰接角，/>
Figure BDA0004137643440000158
表示轮廓点横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000159
分别表示参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、轮廓点横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
在上述公式中，
Figure BDA00041376434400001510
也可以通过有限差分的方法获得。示例性的，可以在目标半挂车上等距离的选择多个点，如图8所示，图8为本公开实施例中的一种轮廓点示意图，其中，可以在目标半挂车上选择2M个轮廓点，各轮廓点记为/>
Figure BDA0004137643440000161
Figure BDA0004137643440000162
Figure BDA0004137643440000163
表示第k个离散点对应的弧长。
通过上述有限差分的方式，可以实现对目标半挂车上的轮廓点的横向偏差的确定，进而便于构建考虑轮廓点横向偏差的安全约束，保证了安全约束的准确性，进而保证了规划的轨迹的准确性。
S130、确定待规划区域内的初始参考轨迹，以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型和安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于目标控制量序列确定在待规划区域内的目标参考轨迹。
在本公开实施例中，可以确定待规划区域内的车道中心线，进而将车道中心线作为初始参考轨迹。或者，可以获取初始控制量序列，进而根据初始控制量序列以及跟踪偏差模型，确定初始参考轨迹，其中，初始控制量序列可以是随机给定的，也可以通过离散搜索算法得到，还可以通过对已有轨迹进行多项式拟合的方式得到，当然，初始控制量序列越接近最优结果，则迭代求解的收敛速度越快。
具体的，可以将车辆通行安全裕度最大化作为目标函数，将跟踪偏差模型和安全约束作为约束条件，构建非线性规划问题，进而将初始参考轨迹代入至该非线性规划问题进行迭代求解，得到目标控制量序列。其中，目标控制量序列包括各离散点处的实际转向曲率，各离散点处的实际转向曲率，可以是在目标铰接式车辆到达该离散点的下一个离散点之前下发的实际转向曲率。示例性的，非线性规划问题可以用如下公式表达：
Figure BDA0004137643440000164
χk+1＝Aχk+Bκk,k∈(0,1,...,N-1)；
χ0＝χsatrt,κ0＝κsatrt；
g(χk)≤B,k∈(0,1,...,N)；
式中，
Figure BDA0004137643440000165
表示综合状态向量，包括牵引车偏差向量、半挂车偏差向量以及轮廓点偏差向量，其中，轮廓点偏差向量包括轮廓点横向偏差。
在本公开实施例中，对非线性规划问题进行迭代求解，可以是顺序二次规划，如，SQP(Sequential Quadratic Programming，序列二次规划)、IPOPT(Interior PointOPTimizer，内点优化器)或者CiLQR(Constrained Iterative Linear QuadraticRegulator，约束迭代线性二次调节器)等。
示例性的，确定待规划区域内的初始参考轨迹，以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型和安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，包括如下步骤：
步骤1、确定待规划区域内的初始参考轨迹；
步骤2、将车辆通行安全裕度最大化作为目标函数，将跟踪偏差模型和安全约束作为约束条件，构建非线性规划问题；
步骤3、将初始参考轨迹代入至非线性规划问题，得到当前控制量序列，并判断是否满足迭代停止条件，若否，则基于所述当前控制量序列更新初始参考轨迹，并返回执行将初始参考轨迹代入至非线性规划问题的步骤，直至满足迭代停止条件，将当前控制量序列作为目标控制量序列。
其中，迭代停止条件可以是迭代次数达到预设次数，或者，各次迭代后得到的车辆通行安全裕度之间的差距逐渐收敛。
即，可以先根据车道中心线或者初始控制量序列，得到初始参考轨迹，进而将其代入求解出当前控制量序列，并根据当前控制量序列确定新的初始参考轨迹，并再次将新的初始参考轨迹代入求解，重复上述过程直至满足迭代停止条件，将最后一次确定出的当前控制量序列作为目标控制量序列。
需要说明的是，在上述每一次迭代的过程中初始参考轨迹需要被更新，相应的，跟踪偏差模型、安全裕度评价函数、以及安全边界中与初始参考轨迹相关的参数也一并被更新，如，参考状态向量、参考转向曲率等。并且，初始参考轨迹被更新时，初始参考轨迹中的离散点也可以一并被更新，即重新确定离散点。
在得到目标控制量序列之后，进一步的，可以根据目标控制量序列以及跟踪偏差模型，求解各个实际状态向量，进而根据所有实际状态向量确定目标铰接式车辆的一系列位姿，通过一系列位姿以及各实际转向曲率，得到目标参考轨迹。
进一步的，可以将目标参考轨迹下发至目标铰接式车辆的自动驾驶控制系统，以使自动驾驶控制系统控制目标铰接式车辆沿目标参考轨迹行驶。需要说明的是，在下发目标参考轨迹的同时，还可以确定目标参考轨迹中的各跟踪点，将各跟踪点一并下发至自动驾驶控制系统。其中，跟踪点可以由目标控制量序列中的实际转向曲率确定，跟踪点可以理解为沿目标参考轨迹行驶的车辆内位置点，可以通过控制跟踪点沿目标参考轨迹行驶，实现对车辆的驾驶控制。
考虑到实际转向曲率过大或变化量过大会影响目标铰接式车辆通过待规划区域的平顺性和安全性。可选的，本公开实施例提供的方法还包括：以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型、安全约束、第一转向曲率约束以及第二转向曲率约束为约束条件，进行得带求解，得到目标控制量序列；其中，第一转向曲率约束用于约束各离散点处的实际转向曲率不超过预设阈值，第二转向曲率约束用于约束相邻离散点处的实际转向曲率之间的差值不超过预设变化量。
其中，第一转向曲率约束可以是：|κk|≤kmax,k∈(0,1,...,N-1)。第二转向曲率约束可以是：|kk-kk-1|≤Δkmax,k∈(0,1,...,N-1)，N为采样点的数量。
在上述实施方式中，通过将第一转向曲率约束以及第二转向曲率约束一并作为约束条件，可以求解出同时满足第一转向曲率约束以及第二转向曲率约束的最优控制量序列，进一步提高了规划出的轨迹的安全性和平顺性。
本实施例提供的铰接式车辆的轨迹规划方法，通过获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，根据目标铰接式车辆中目标半挂车的轮廓点横向偏差、待规划区域对应的安全边界范围、目标铰接式车辆的实际状态向量中的牵引车横向偏差和半挂车横向偏差，构建安全约束，进而以车辆通行安全裕度最大化为目标函数、跟踪偏差模型和安全约束为约束条件，对初始参考轨迹进行迭代求解，得到目标控制量序列，从而确定在待规划区域内的目标参考轨迹，实现了考虑半挂车轮廓点的偏差的安全约束，通过一并限制半挂车的轮廓点的横向偏差不超过安全边界范围，保证了长轴距、宽车身的铰接式车辆可以安全通过狭窄区域，并且，通过以安全裕度最大化为目标函数进行求解，可以使得最终构建的轨迹具备较大的安全裕度，进一步提高了铰接式车辆通过狭窄区域的安全性，解决了铰接式车辆在狭窄区域内的转向安全问题。
图9为本公开实施例中的一种铰接式车辆的轨迹规划装置的结构示意图。如图9所示：该装置包括：获取模块910、约束构建模块920以及迭代模块930。
获取模块910，用于获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
约束构建模块920，用于根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
迭代模块930，用于确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
本公开实施例提供的铰接式车辆的轨迹规划装置，可执行本公开方法实施例所提供的铰接式车辆的轨迹规划方法中的步骤，具备执行步骤和有益效果此处不再赘述。
图10为本公开实施例中的一种电子设备的结构示意图。下面具体参考图10，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备500的结构示意图。图10示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理以实现如本公开所述的实施例的方法。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码，从而实现如上所述的铰接式车辆的轨迹规划方法。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
可选的，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，该电子设备还可以执行上述实施例所述的其他步骤。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
方案1、一种铰接式车辆的轨迹规划方法，所述方法包括：
获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
方案2、根据方案1所述的方法，根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束，包括：
基于所述待规划区域的道路边界以及所述待规划区域内的障碍物信息，确定道路安全上边界和道路安全下边界；
基于所述道路安全上边界和所述道路安全下边界构建所述待规划区域对应的安全边界范围，以所述轮廓点横向偏差、所述牵引车横向偏差以及所述半挂车横向偏差位于所述安全边界范围内为目标，构建安全约束。
方案3、根据方案1所述的方法，所述实际状态向量包括牵引车偏差向量和半挂车偏差向量，所述牵引车偏差向量包括牵引车横向偏差、牵引车航向偏差、以及所述目标牵引车与所述目标半挂车之间的铰接角，所述轮廓点横向偏差基于如下公式得到：
Figure BDA0004137643440000221
其中，ey表示所述牵引车横向偏差，
Figure BDA0004137643440000222
表示所述牵引车航向偏差，β1表示所述铰接角，/>
Figure BDA0004137643440000223
表示所述轮廓点横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000224
Figure BDA0004137643440000225
分别表示参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、轮廓点横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
方案4、根据方案3所述的方法，获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，包括：
根据初始参考轨迹中各离散点的参考状态向量以及参考转向曲率，确定各离散点的第一状态转移矩阵和第二状态转移矩阵；
基于所述第一状态转移矩阵、所述第二状态转移矩阵以及所述参考转向曲率对应的常数项，构建当前离散点的实际状态向量、当前离散点的实际转向曲率与下一离散点的实际状态向量之间的状态向量转移关系；
将所述状态向量转移关系作为所述跟踪偏差模型。
方案5、根据方案4所述的方法，所述获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，还包括：
构建所述牵引车偏差向量与所述半挂车偏差向量之间的差分转换关系，以通过所述差分转换关系、所述牵引车偏差向量确定所述半挂车偏差向量；
将所述差分转换关系作为所述跟踪偏差模型；
其中，所述半挂车偏差向量包括半挂车横向偏差以及半挂车航向偏差；
所述差分转换关系满足如下公式：
Figure BDA0004137643440000231
Figure BDA0004137643440000232
式中，ey表示所述牵引车横向偏差，
Figure BDA0004137643440000233
表示所述牵引车航向偏差，β1表示所述铰接角，/>
Figure BDA0004137643440000234
表示所述半挂车横向偏差，/>
Figure BDA0004137643440000235
表示所述半挂车航向偏差，
Figure BDA0004137643440000236
分别为参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、半挂车横向偏差的参考值、半挂车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
方案6、根据方案1所述的方法，获取目标铰接式车辆对应的安全裕度评价函数，包括：
根据所述牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差以及所述半挂车横向偏差对应的参考权重，确定所述牵引车横向偏差与所述半挂车横向偏差的加权和，以通过所述加权和描述所述目标铰接式车辆在初始参考轨迹两侧的投影之间的分布差距；
基于各离散点分别对应的所述加权和，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
方案7、根据方案6所述的方法，所述基于各离散点分别对应的所述加权和，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数，包括：
将当前离散点与前一离散点之间的实际转向曲率的差值的平方和，确定为所述当前离散点对应的通行平顺度；
根据所述离散点对应的所述牵引车横向偏差与所述半挂车横向偏差的加权和，确定所述离散点对应的通行平衡度；
基于各所述离散点分别对应的通行平顺度和通行平衡度，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
方案8、一种铰接式车辆的轨迹规划装置，包括：
获取模块，用于获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
约束构建模块，用于根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
迭代模块，用于确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
方案9、一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如方案1-7中任一项所述的方法。
方案10、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如方案1-7中任一项所述的方法。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种铰接式车辆的轨迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束，包括：
基于所述待规划区域的道路边界以及所述待规划区域内的障碍物信息，确定道路安全上边界和道路安全下边界；
基于所述道路安全上边界和所述道路安全下边界构建所述待规划区域对应的安全边界范围，以所述轮廓点横向偏差、所述牵引车横向偏差以及所述半挂车横向偏差位于所述安全边界范围内为目标，构建安全约束。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际状态向量包括牵引车偏差向量和半挂车偏差向量，所述牵引车偏差向量包括牵引车横向偏差、牵引车航向偏差、以及所述目标牵引车与所述目标半挂车之间的铰接角，所述轮廓点横向偏差基于如下公式得到：
Figure FDA0004137643430000011
其中，ey表示所述牵引车横向偏差，
Figure FDA0004137643430000021
表示所述牵引车航向偏差，β1表示所述铰接角，
Figure FDA0004137643430000022
表示所述轮廓点横向偏差，/>
Figure FDA0004137643430000023
Figure FDA0004137643430000024
分别表示参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、轮廓点横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，包括：
根据初始参考轨迹中各离散点的参考状态向量以及参考转向曲率，确定各离散点的第一状态转移矩阵和第二状态转移矩阵；
基于所述第一状态转移矩阵、所述第二状态转移矩阵以及所述参考转向曲率对应的常数项，构建当前离散点的实际状态向量、当前离散点的实际转向曲率与下一离散点的实际状态向量之间的状态向量转移关系；
将所述状态向量转移关系作为所述跟踪偏差模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型，还包括：
构建所述牵引车偏差向量与所述半挂车偏差向量之间的差分转换关系，以通过所述差分转换关系、所述牵引车偏差向量确定所述半挂车偏差向量；
将所述差分转换关系作为所述跟踪偏差模型；
其中，所述半挂车偏差向量包括半挂车横向偏差以及半挂车航向偏差；
所述差分转换关系满足如下公式：
Figure FDA0004137643430000025
Figure FDA0004137643430000026
式中，ey表示所述牵引车横向偏差，
Figure FDA0004137643430000027
表示所述牵引车航向偏差，β1表示所述铰接角，
Figure FDA0004137643430000028
表示所述半挂车横向偏差，/>
Figure FDA0004137643430000029
表示所述半挂车航向偏差，
Figure FDA00041376434300000210
分别为参考状态向量中的牵引车横向偏差的参考值、牵引车航向偏差的参考值、半挂车横向偏差的参考值、半挂车航向偏差的参考值、铰接角的参考值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标铰接式车辆对应的安全裕度评价函数，包括：
根据所述牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差以及所述半挂车横向偏差对应的参考权重，确定所述牵引车横向偏差与所述半挂车横向偏差的加权和，以通过所述加权和描述所述目标铰接式车辆在初始参考轨迹两侧的投影之间的分布差距；
基于各离散点分别对应的所述加权和，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于各离散点分别对应的所述加权和，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数，包括：
将当前离散点与前一离散点之间的实际转向曲率的差值的平方和，确定为所述当前离散点对应的通行平顺度；
根据所述离散点对应的所述牵引车横向偏差与所述半挂车横向偏差的加权和，确定所述离散点对应的通行平衡度；
基于各所述离散点分别对应的通行平顺度和通行平衡度，构建所述目标铰接式车辆的安全裕度评价函数。
8.一种铰接式车辆的轨迹规划装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标铰接式车辆对应的跟踪偏差模型和安全裕度评价函数，其中，所述目标铰接式车辆包括目标牵引车和目标半挂车，所述跟踪偏差模型用于确定在各离散点处的实际状态向量，所述安全裕度评价函数用于根据所述实际状态向量确定车辆通行安全裕度；
约束构建模块，用于根据所述目标半挂车的轮廓点横向偏差、所述实际状态向量中牵引车横向偏差、所述半挂车横向偏差、以及待规划区域对应的安全边界范围，构建安全约束；
迭代模块，用于确定所述待规划区域内的初始参考轨迹，以所述车辆通行安全裕度最大化为目标函数、所述跟踪偏差模型和所述安全约束为约束条件，进行迭代求解，得到目标控制量序列，基于所述目标控制量序列确定在所述待规划区域内的目标参考轨迹。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一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时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117742316A (zh) * 2023-11-28 2024-03-22 上海友道智途科技有限公司 一种基于带挂车模型的最优轨迹规划方法

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