[发明专利]一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统及方法

权利要求书

1.一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统，其特征在于，包括搜索空间建立模块、候选轨迹生成模块和最优轨迹选择模块；搜索空间建立模块、候选轨迹生成模块和最优轨迹选择模块依次连接；

搜索空间建立模块用于多窗口模型构建以及道路交通规则筛选；多窗口模型构建将无人车周围的可行驶区域以动态窗口的形式表征并获取各个窗口的特性；道路交通规则筛选根据车道线约束剔除不符合道路交通规则的窗口；

候选轨迹生成模块用于动态窗口的选择以及窗口内轨迹生成；动态窗口的选择由窗口特性及人类驾驶经验共同决定；窗口内轨迹生成分为速度规划和路径规划两步依次进行，先通过速度规划处理动态障碍物，为路径规划提供目标点参考信息，再使用参数曲线构造法生成路径；

最优轨迹选择模块用于对候选轨迹的代价评估；对候选轨迹的代价评估从安全性、平滑性、舒适性和高效性四个方面进行轨迹评估。

2.一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统的规划方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统，包括以下步骤：

步骤1，构建多窗口模型以及道路交通规则筛选：多窗口模型构建将无人车周围的可行驶区域以动态窗口的形式表征并获取各个窗口的特性；根据车道线约束剔除不符合道路交通规则的窗口完成道路交通规则筛选；

步骤2，通过窗口特性及人类驾驶经验共同决定动态窗口的选择，然后窗口内轨迹生成分为速度规划和路径规划两步依次进行，先通过速度规划处理动态障碍物，为路径规划提供目标点参考信息，再使用参数曲线构造法生成路径；

步骤3，对候选轨迹的代价评估从安全性、平滑性、舒适性和高效性四个方面进行轨迹评估。

3.根据权利要求2所述的一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统的规划方法，其特征在于，步骤1中，多窗口模型将无人车周边的可行驶区域在纵向上以动态窗口的形式进行表征，假设所有车辆均遵守交通规则、后方车辆行驶速度小于等于前方车辆行驶速度且当前方车辆紧急制动时后方车辆会采取应对措施以保证安全，则该动态窗口同时定义在物理空间和速度空间上；采用Frenet坐标系进行描述和规划，用起止纵坐标以及容许行驶速度的范围来表征窗口的特性；在物理空间中该动态窗口的位置随时间变化，与构成窗口的前后车辆的位置和速度有关；在速度空间内，每个动态窗口都对应一个速度的可行区间，表示无人车在该动态窗口内行驶时应满足的速度要求。

4.根据权利要求2所述的一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统的规划方法，其特征在于，步骤1中，道路交通规则筛选是指在多窗口模型的基础上考虑道路交通规则，所有符合道路交通规则的窗口共同构成规划的搜索空间。

5.根据权利要求2所述的一种基于多窗口模型的高速无人车轨迹规划系统的规划方法，其特征在于，步骤2中，动态窗口的选择由窗口特性及人类驾驶经验共同决定，具体过程如下：

在多窗口模型中，引入人类驾驶经验的有一定偏好性的抽样，确定人类驾驶员选择某个窗口的概率的两个因素：车辆进入窗口的难易程度以及进入窗口后行驶的高效性；其中，车辆进入窗口的难易程度体现在窗口位置以及进入窗口时为满足窗口速度要求所需要采取的最小速度变化量这两方面；车辆进入窗口后行驶的高效性主要体现在窗口容许的最高行驶速度；距离自身车辆较近、进入窗口时速度无需有较大调整、而进入后获得更高的行驶速度的窗口更易成为目标窗口；在S轴上建立以无人车纵坐标为中心的高斯分布，根据动态窗口前端与后端的s坐标计算出高斯分布在动态窗口范围内的累积概率，窗口距离无人车越远被选择的概率越低；考虑窗口容许行驶的最高速度以及进入该动态窗口至少应采取的速度变化量对累积概率进行加权；最后，对概率进行归一化使其满足所有可行窗口被选择的概率和为1。