無人駕駛詳解之規(guī)劃篇

路徑規(guī)劃:解決不動的地圖

輸出:

從a到b的最佳路徑

輸入:

  1. 地圖
    真實情況是由上層提供的地圖數(shù)據(jù)摸吠,包括路網(wǎng)和實時交通信息(如果做畢業(yè)設計的話空凸,我們可以自定義的建模)

  2. location
    車輛當前位置,由上層傳感器定位獲取

  3. aim place
    乘客或計劃

具體過程:

  1. 將世界地圖圖化為“節(jié)點”和“邊緣” 分別代表‘路段’寸痢、‘路口’


    世界圖化
  2. 采用圖論中的算法呀洲,處理上述問題

經(jīng)典算法

  1. A-star算法
    面對路徑搜索的爆炸問題,加入cost函數(shù)計算兩個成本:前往候選節(jié)點啼止,從候選節(jié)點到目的地的成本
    成本估算可以根據(jù)實際情況自定義

軌跡生成:解決移動的不屬于地圖的物體

目標

生成一系列由路徑點所規(guī)定的軌跡道逗,為每個路徑點分配時間戳和對應速度(加入速度的目的:確保能夠按時到達對應的路徑點),這部分需要和預測模塊的輸出相結合献烦,確保生成的路徑點與其他車輛的預測軌跡無沖突
生成路徑點的3D trajectory:2D Position + Time
如果是飛機的話滓窍,生成的應該是4D航跡


軌跡生成

評價指標

  1. 避障: 不能與其他車輛,行人等有沖突
  2. 舒適: 路徑點之間的過度巩那,速度的變化都必須是平滑的
  3. 可執(zhí)行: 無物理沖突吏夯,例如不能要求立即轉彎180度
  4. 合法:遵循相關交通規(guī)定

成本函數(shù)

在規(guī)劃出來的滿足上述要求的軌跡可能有很多條,使用成本函數(shù)即横,為每條軌跡分配一個成本噪生,通過成本函數(shù)將軌跡排序,選出最優(yōu)軌跡

Frenet坐標

笛卡爾坐標在當前環(huán)境無法直觀表現(xiàn)車輛特征东囚,引入Frenet坐標系杠园,縱坐標為車道S中心線,橫坐標是處處與之垂直的線


Frenet坐標

路徑速度解耦規(guī)劃

解耦將軌跡生成分成了兩步:

  1. 路徑規(guī)劃

    • 生成候選曲線
      1)首先在路徑中生成單元格
      2)然后對單元格中的點進行隨機取樣
      3)每個單元格取點舔庶,將之連線抛蚁,生成一條候選曲線
      4)重復3)步,構建多條候選曲線


      多條候選曲線
    • 成本函數(shù)對路徑進行評估(平滑度惕橙,安全性瞧甩,車道中心的偏離等)

    • 成本函數(shù)排名,選擇成本最低的路徑

  2. 速度規(guī)劃

    • 確定沿這條路線行進的速度(一系列的速度值弥鹦,構成速度曲線)
      1) 使用工具ST圖設計和選擇速度曲線:s表示縱向位移肚逸,t表示時間爷辙,從而表征車輛在不同時間的位置。其中斜率表征當前速度值朦促,曲線越陡膝晾,說明更短的時間t有更大的移動距離s


      ST圖

      2)為構建最佳速度曲線,將st圖離散化為多個網(wǎng)格务冕,每個網(wǎng)格的速度相同
      3)結合預測模塊的輸出血当,將其在ST圖中做對應表示,具體如下圖所示:


      黃色區(qū)域是禁止區(qū)

      4)限制范圍內(nèi)的最優(yōu)化選取曲線禀忆,限制可能包括:法律臊旭,例如限速;車距箩退;汽車本身物理限制离熏,例如加速度限制;
      使用最優(yōu)引擎戴涝!
      選取最優(yōu)速度曲線

平滑處理

上一步的解耦操作滋戳,無論是縱向路徑選擇還是速度選擇,都是基于離散化成網(wǎng)格做的相關操作啥刻。生成的路線都是一段一段的胧瓜。

  • 二次規(guī)劃技術 quadratic programming

Lattice規(guī)劃

  1. 建立ST和SL軌跡
    ST軌跡:具有時間戳的縱向軌跡(與上述ST圖一致)
    SL軌跡:相對于縱向軌跡的橫向偏移
lattice規(guī)劃步驟
  1. 車輛狀態(tài)分類
    主要分為以下三種:巡航,跟隨郑什,停止
    巡航: 完成規(guī)劃步驟后定速行駛

  2. 軌跡生成:合并ST,SL坐標為笛卡爾坐標系

  3. 基于有限狀態(tài)機的新算法

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