本申請(qǐng)涉及自動(dòng)駕駛，尤其涉及一種基于時(shí)空解耦的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)及車輛。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著人工智能和自動(dòng)駕駛技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車逐漸成為未來(lái)交通系統(tǒng)的重要組成部分。自動(dòng)駕駛技術(shù)旨在通過(guò)減少人為操作，實(shí)現(xiàn)車輛自主行駛，提高交通安全性和運(yùn)輸效率。這一領(lǐng)域的進(jìn)步不僅推動(dòng)了智能交通的發(fā)展，也在很大程度上改善了人們的出行體驗(yàn)。

2、在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，軌跡規(guī)劃和軌跡控制是兩個(gè)至關(guān)重要的組成部分。相關(guān)技術(shù)中，軌跡規(guī)劃與控制技術(shù)在工程應(yīng)用中主要依靠多目標(biāo)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及一些基本控制算法的形式落地，已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但隨著駕駛環(huán)境的復(fù)雜化，駕駛要求的提高，相關(guān)技術(shù)中的軌跡規(guī)劃算法在處理復(fù)雜交通環(huán)境時(shí)，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性差，難以滿足自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)際需求。尤其在面對(duì)高動(dòng)態(tài)、高不確定性的交通環(huán)境時(shí)，相關(guān)技術(shù)中自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算效率和響應(yīng)速度無(wú)法滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于時(shí)空解耦的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其目的在于解決相關(guān)技術(shù)中自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算效率和響應(yīng)速度較低的技術(shù)問題。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于時(shí)空解耦的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，包括：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元、控制指令生成單元以及運(yùn)動(dòng)控制單元；

3、其中，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元，用于獲取車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)劃出車輛的運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度；

4、所述控制指令生成單元，用于基于車輛動(dòng)力學(xué)模型對(duì)所述運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行求解，生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令；

5、所述運(yùn)動(dòng)控制單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)控制指令對(duì)車輛的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，以完成車輛自動(dòng)駕駛。

6、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元包括路徑規(guī)劃模塊和速度規(guī)劃模塊；

7、其中，所述路徑規(guī)劃模塊，用于采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法根據(jù)所述車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)劃出車輛運(yùn)動(dòng)的多條初始路徑；然后采用二次規(guī)劃方法從所述多條初始路徑中確定出最優(yōu)路徑作為車輛的運(yùn)動(dòng)路徑；

8、所述速度規(guī)劃模塊，用于根據(jù)所述車輛的狀態(tài)信息與所述車輛的運(yùn)動(dòng)路徑，規(guī)劃出車輛的最優(yōu)速度曲線，所述速度曲線，用于表征車輛的運(yùn)動(dòng)速度。

9、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述基于車輛動(dòng)力學(xué)模型對(duì)所述運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行求解，生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令，包括：

10、對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化和離散化處理以構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，采用所述預(yù)測(cè)模型根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)速度生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令。

11、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述運(yùn)動(dòng)控制指令包括：方向控制指令、檔位控制指令、加速控制指令、制動(dòng)控制指令以及燈光控制指令。

12、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述控制指令生成單元還包括車輛空氣阻力模塊、車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模塊、縱向動(dòng)力學(xué)模塊、懸架動(dòng)力學(xué)模塊、車輛自旋運(yùn)動(dòng)模塊以及縱向角動(dòng)力學(xué)模塊。

13、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述控制指令生成單元還用于，獲取所述車輛空氣阻力模塊、車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模塊、縱向動(dòng)力學(xué)模塊、懸架動(dòng)力學(xué)模塊、車輛自旋運(yùn)動(dòng)模塊以及縱向角動(dòng)力學(xué)模塊輸出的多個(gè)參數(shù)信息，根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)信息構(gòu)建所述車輛動(dòng)力學(xué)模型。

14、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括環(huán)境感知單元；所述環(huán)境感知單元，用于獲取當(dāng)前車輛周圍環(huán)境的環(huán)境感知信息。

15、在一些可能的設(shè)計(jì)中，所述環(huán)境感知單元還用于，獲取所述環(huán)境感知信息中的目標(biāo)對(duì)象的速度、加速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡信息；所述行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)包括所述目標(biāo)對(duì)象的速度、加速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡信息。

16、第二方面，本申請(qǐng)還提供一種自動(dòng)駕駛車輛，該自動(dòng)駕駛車輛包括如上述任一項(xiàng)所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)。

17、依據(jù)上述第一方面提供的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其包括：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元、控制指令生成單元以及運(yùn)動(dòng)控制單元。其中，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元，用于獲取車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)劃出車輛的運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度；控制指令生成單元，用于基于車輛動(dòng)力學(xué)模型對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行求解，生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令；運(yùn)動(dòng)控制單元，用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令對(duì)車輛的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，以完成車輛自動(dòng)駕駛?？梢钥闯?，本申請(qǐng)中將軌跡規(guī)劃問題分解為運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃和速度規(guī)劃兩個(gè)子問題，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率和響應(yīng)速度，以滿足復(fù)雜交通環(huán)境的響應(yīng)需求。

18、本申請(qǐng)?jiān)谏鲜龈鞣矫嫣峁┑膶?shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行進(jìn)一步組合以提供更多實(shí)現(xiàn)方式。

技術(shù)特征：

1.一種基于時(shí)空解耦的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元、控制指令生成單元以及運(yùn)動(dòng)控制單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元包括路徑規(guī)劃模塊和速度規(guī)劃模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于車輛動(dòng)力學(xué)模型對(duì)所述運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行求解，生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制指令包括：方向控制指令、檔位控制指令、加速控制指令、制動(dòng)控制指令以及燈光控制指令。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制指令生成單元還包括車輛空氣阻力模塊、車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模塊、縱向動(dòng)力學(xué)模塊、懸架動(dòng)力學(xué)模塊、車輛自旋運(yùn)動(dòng)模塊以及縱向角動(dòng)力學(xué)模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制指令生成單元還用于，獲取所述車輛空氣阻力模塊、車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模塊、縱向動(dòng)力學(xué)模塊、懸架動(dòng)力學(xué)模塊、車輛自旋運(yùn)動(dòng)模塊以及縱向角動(dòng)力學(xué)模塊輸出的多個(gè)參數(shù)信息，根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)信息構(gòu)建所述車輛動(dòng)力學(xué)模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括環(huán)境感知單元；所述環(huán)境感知單元，用于獲取當(dāng)前車輛周圍環(huán)境的環(huán)境感知信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境感知單元還用于，獲取所述環(huán)境感知信息中的目標(biāo)對(duì)象的速度、加速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡信息；所述行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)包括所述目標(biāo)對(duì)象的速度、加速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡信息。

9.一種自動(dòng)駕駛車輛，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時(shí)空解耦的自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制系統(tǒng)及車輛。該控制系統(tǒng)包括：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元、控制指令生成單元以及運(yùn)動(dòng)控制單元。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元，用于獲取車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛的狀態(tài)信息、環(huán)境感知信息以及行為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分層規(guī)劃出車輛的運(yùn)動(dòng)路徑以及運(yùn)動(dòng)速度；控制指令生成單元，用于以期望行駛軌跡為目標(biāo)，生成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令；運(yùn)動(dòng)控制單元，用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令對(duì)車輛的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，以完成車輛自動(dòng)駕駛?？梢钥闯觯旧暾?qǐng)中將軌跡規(guī)劃問題分解為運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃和速度規(guī)劃兩個(gè)子問題，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率和響應(yīng)速度，以滿足復(fù)雜交通環(huán)境的響應(yīng)需求。

技術(shù)研發(fā)人員：王振,林玉清,薛丁瑞,趙祥模,承靖鈞,彭鋮,李少博,王飛燕,李紀(jì)偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)安大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6