CN114103941A

CN114103941A - 用于路径规划的方法和***

Info

Publication number: CN114103941A
Application number: CN202111003671.XA
Authority: CN
Inventors: J·P·沃林
Original assignee: Aptiv Technologies Ltd
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-08-30
Also published as: CN114103941B; EP3960562A1; US20220063668A1

Abstract

本公开涉及用于路径规划的方法和***，尤其涉及一种用于路径规划的计算机实现方法，其包括由计算机硬件组件执行的以下步骤：确定到目标的期望路径，该期望路径由多个节点表示；确定沿该期望路径是否存在障碍物；以及如果确定沿该期望路径存在障碍物，则改变所述节点中的至少一个节点的位置。

Description

用于路径规划的方法和***

技术领域

本公开涉及用于路径规划、例如用于车道对中的方法和***。

背景技术

车道对中是一项重要的任务，特别是用于(至少部分地)自主地驾驶车辆。在车道对中***中，通常从针对主车道视觉检测到的左和右车道标记导出车道中心路径。该中心路径然后在车道对中***中用作控制模块的参考，以便将主车辆保持在车道的中心。

通过仅使用车道中心作为控制模块的参考，如果例如前方道路的中间存在碎屑，则整个***将不能生成无碰撞路径。当前的车道对中***不具有操纵绕过道路上的障碍物的能力，而是依赖于驾驶员干预来处理这种情况。

因此，需要改进车道对中***。

发明内容

本公开提供了一种计算机实现方法、计算机***、车辆和非暂时性计算机可读介质。在从属权利要求、说明书和附图中给出了实施方式。

在一个方面，本公开涉及一种用于路径规划的计算机实现方法，该方法包括由计算机硬件组件执行(换言之：实施)的以下步骤：确定到目标的期望路径，该期望路径由多个节点表示；确定沿该期望路径是否存在障碍物；以及如果确定沿该期望路径存在障碍物，则改变所述节点中的至少一个的位置。

换言之，可以提供一种用于路径规划(例如用于车道对中)的方法，其中，定义路径的节点基于检测到的障碍物而移位。

该方法可用于车道对中，以在将车辆保持在车道内的同时避免车辆与物体碰撞。因此，可以提供用于车道对中的无碰撞路径规划。

根据另一方面，确定沿期望路径是否存在障碍物包括：确定障碍物是否与期望路径周围的区域相交(或重叠)。因此，不仅能考虑期望路径本身用于避障，而且还考虑期望路径周围的区域。

根据另一方面，所述区域是基于垂直于期望路径的方向的期望路径的投影来确定的。例如，可以考虑期望路径的左边和右边的区域。

根据另一方面，所述区域的宽度基于要沿期望路径行驶的车辆的宽度。例如，如果车辆的中心遵循期望路径，则车辆的车身可能占据期望路径周围的一定空间，该空间可被所述区域的宽度加以考虑。

根据另一方面，如果确定沿期望路径存在障碍物，则确定在期望路径的哪一侧存在障碍物。这可以提供关于(如果在期望路径的左侧检测到障碍物)期望路径是否应被改变为在期望路径右侧绕过障碍物或者(如果在期望路径的右侧检测到障碍物)期望路径是否应被改变为在期望路径左侧绕过障碍物的信息。

根据另一方面，如果确定沿期望路径存在障碍物，则确定是否有足够的空间可供绕过障碍物。例如，可以确定在不离开道路的情况下道路上是否有足够的空间可供穿行。如果没有足够的空间，可以启动紧急程序；例如，可以通过制动使车辆停止，或者可以将控制交给车辆的导向员(或驾驶员)。

根据另一方面，改变节点中的至少一个的位置包括：改变至少一个节点的横向位置。横向可以例如被定义为与行驶方向正交(即，左、右)或与由期望路径定义的向前方向正交的方向。

根据另一方面，改变节点中的至少一个的位置包括：改变多个节点的横向位置，以增加节点距障碍物之前的期望路径的横向距离，并减小节点距障碍物之后的期望路径的横向距离。这可以提供离开期望路径以避开障碍物，但是在绕过障碍物之后返回到期望路径上。

根据另一方面，改变节点中的至少一个的位置包括：基于安全裕度来改变节点中的至少一个的位置。这可以提供安全地避开障碍物，即使例如障碍物的位置或车辆在期望路径上的位置的测量不准确。

根据另一方面，提供由具有至少一个位置改变的节点的节点表示的路径作为实际路径(换言之：经校正的路径；换言之：能避开障碍物的路径)。

根据另一方面，所述多个节点以层级结构提供。例如，每个节点可以具有母节点(不具有母节点的起始节点除外)，并且当到达目标(或目标区域)或目的(或目的区域)时，该层级结构可以结束。

在另一方面，本公开涉及一种用于使车辆转向的计算机实现方法，该方法包括由计算机硬件组件执行的以下步骤：基于本文描述的用于路径规划的计算机实现方法来使车辆转向。

在另一方面，本公开涉及一种计算机***，所述计算机***包括多个计算机硬件组件，所述多个计算机硬件组件被配置成执行本文所述的计算机实现方法的几个或所有步骤。

在另一方面，本发明涉及一种车辆，该车辆包括本文所述的计算机***和被配置成确定障碍物的至少一个传感器(例如摄像头、激光雷达传感器或雷达传感器)。

计算机***可以包括多个计算机硬件组件(例如处理器，例如处理单元或处理网络；至少一个存储器，例如存储器单元或存储器网络；以及至少一个非暂时性数据存储装置)。应当理解，可以提供另外的计算机硬件组件并用于在计算机***中执行计算机实现方法的步骤。非暂时性数据存储装置和/或存储器单元可以包括计算机程序，用于指示计算机例如使用处理单元和至少一个存储器单元来执行本文所述的计算机实现方法的几个或所有步骤或方面。

在另一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于执行本文所述的计算机实现方法的几个或所有步骤或方面的指令。所述计算机可读介质可以被配置为：光学介质，例如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD)；磁介质，例如硬盘驱动器(HDD)；固态驱动器(SSD)；只读存储器(ROM)，例如闪存；等等。此外，计算机可读介质可以被配置为可经由诸如互联网连接的数据连接来访问的数据存储装置。计算机可读介质例如可以是在线数据储存库或云存储。

本公开还涉及一种用于指示计算机执行本文所述的计算机实现方法的几个或所有步骤或方面的计算机程序。

附图说明

本文结合以下示意性示出的附图描述了本公开的示例性实施方式和功能：

图1是根据各种实施方式的几个节点的图示；

图2是根据各种实施方式的找到采样节点与不可行驶区域之间的碰撞的图示；

图3是根据各种实施方式的围绕不可行驶区域的重新规划的图示；

图4是根据各种实施方式的围绕阻碍区域移位节点的图示；

图5是根据各种实施方式的将节点移回到车道中心并恢复正常采样的图示；

图6是根据各种实施方式的在围绕不可行驶区域重新规划之后的目标路径的图示；

图7是根据各种实施方式的用于路径规划的方法的图示；

图8示出了根据各种实施方式的路径规划***；以及

图9示出了具有多个计算机硬件组件的计算机***，这些计算机硬件组件被配置成执行根据各种实施方式的用于路径规划的计算机实现方法的步骤。

附图标记列表

100 根据各种实施方式的几个节点的图示

102 起始节点

104 采样节点

106 采样节点

108 采样节点

110 采样节点

200 根据各种实施方式的找到采样节点与不可行驶区域之间的碰撞的图示

202 节点

204 可能被车辆占据的空间

206 采样节点与其母节点之间的线段

208 对应于车辆宽度的投影线

210 对应于车辆宽度的投影线

212 表示不可行驶区域的框

214 保护线

216 保护线

218 采样节点

220 采样节点的母节点

300 根据各种实施方式的围绕不可行驶区域的重新规划的图示

302 纵向方向

304 横向方向

306 车道中心路径

308 起始节点

310 采样节点

312 d_back _off

314 不可行驶区域

316 d_ND2LC

318 角度α

320 lat_offset

322 目标区域

400 根据各种实施方式的围绕阻碍区域移位节点的图示

402 移位节点

500 根据各种实施方式的将节点移回到车道中心并恢复正常采样的图示

502 朝向车道中心移位的节点

600 根据各种实施方式的在围绕不可行驶区域重新规划之后的目标路径的图示

602 节点

604 节点

700 根据各种实施方式的用于路径规划的方法的图示

702 确定到目标的期望路径的步骤，该期望路径由多个节点表示

704 确定沿期望路径是否存在障碍物的步骤

706 如果确定沿期望路径存在障碍物则改变节点中的至少一个的位置的步骤

800 根据各种实施方式的路径规划***

802 期望路径确定电路

804 障碍物确定电路

806 位置改变电路

808 连接

900 根据各种实施方式的计算机***

902 处理器

904 存储器

906 非暂时性数据存储装置

908 摄像头

910 距离传感器

912 连接

具体实施方式

根据各种实施方式，为了创建给控制***的无碰撞参考路径，可以使用关于主车道中心的信息，并且可以使用道路上的可行驶路段来创建无碰撞参考路径。可行驶路段可以通过使用视觉、雷达和/或激光雷达传感器来检测，并且可以用网格格式来表示。可行驶路段可以通过将网格中的单元映射到前方道路上的区域并将可行驶区域标记为网格中的“空闲”而将不可行驶区域标记为网格中的“阻碍”来确定。这样，可以确定前方路段的不可行驶区域。

车道中心路径(其可以被称为期望路径)可以被离散化成多个节点(或由其表示)，例如等距间隔的节点，并且起始节点可以被放置在车道中心路径的起始处。各个节点可以包含其位置信息，并且参考生成方法然后可以逐个采样这些节点，并且使用节点信息来执行该方法中的评估和计算。换句话说，“采样”节点可以指选择离散节点之一并使用节点信息来执行该方法中的评估和计算。在第一节点采样实例中，对纵向最接近起始节点的节点进行采样。此后，将对纵向最接近前一个采样节点的节点进行采样。然后，采样节点可以连接到在前一次迭代中采样的节点，称为母节点。

图1示出了根据各种实施方式的几个节点的图示100。起始节点102之后可以是沿车道中心路径的采样节点104、106、108、110。节点110的母节点是节点108，节点108的母节点是节点106。除了不具有母节点的起始节点102之外，所有节点都可以遵循它们如何被采样以及哪个节点是它们的母节点的相同原理。该过程可以继续，直到在预定目标区域(其可以被称为目标)内节点被采样，或者直到检测到不可行驶区域与采样节点和其母节点之间的直线段之间的碰撞。

由于参考路径应该以车辆的中心进行跟踪，因此仅仅确保车道中心路径上的节点之间的直线段是无碰撞的可能是不够的。这可能是由于还需要考虑汽车的宽度。这可以通过从原始线段垂直地向外投影相同的直线段来处理，例如在车辆宽度一半的距离处。类似地，可以检查这些线与任何不可行驶区域之间是否存在任何碰撞。此外，还可以连接垂直线，并且可以检查在任何不可行驶区域和这些线之间是否存在任何碰撞。如果有任何垂直线包含在不可行驶区域内，这可以提供避免遗漏与任何不可行驶区域存在交集的保护。

图2示出了根据各种实施方式的找到采样节点与不可行驶区域之间的碰撞的图示200。示出了多个节点(其中之一被示例性地标记为节点202)，包括(当前)采样节点218，并且下面的节点是其母节点220。线206是采样节点218与其母节点220之间的线段。线208和210是对应于车辆宽度的投影线。线214和216是“安全”线。线208、210、214、216限定空间204，该空间204可能被车辆占据并且不与任何不可行驶区域(例如障碍物)重叠。框212表示不可行驶区域。可以看出，在图2所示的示例中，线208和214与框212所表示的阻碍区域相交。

一旦检测到交集，就触发重新规划阶段。首先，可以确定在车道中心路径的哪一侧上检测到碰撞。在图2所示的场景中，这将在车道中心的左侧。其次，可以验证在障碍物的“通过”侧的车道中的剩余空间对于主车辆宽度加上最小安全裕度而言是否大到足够通过。如果距离不够大，则可以取消该方法，因为没有足够的空间穿过不可行驶区域。

然而，如果该距离足够大，则可以计算横向目标点，例如作为从车道中心路径的横向偏移。例如，该横向目标点可以放置在不可行驶区域的最近点与“通过”侧上的车道标记边缘之间(例如正好在中间，换句话说：在它们之间的中点处)。这可以确保保留出到两侧的安全裕度。每一侧的安全裕度可以被计算为：

其中，d_ND2LC可以是从不可行驶区域的最近边缘到车道中心的横向距离，width_l可以是车道宽度，width_c可以是汽车宽度，并且d_MSM可以是将空间分类为足够大所需的最小安全裕度。从车道中心路径的横向偏移lat_offset然后可以被计算为：

其中，如果在车道中心路径的左侧检测到碰撞，则collision side可以等于-1，如果在车道中心路径的右侧检测到碰撞，则collision side可以等于1。

为了围绕阻碍区域进行规划，该方法可以纵向“后退”并开始重新采样节点(换言之：改变节点的位置)。为了产生围绕阻碍区域的平滑路径，可以使用小的恒定角度α来横向偏移采样节点，使得它们逐渐偏离车道中心路径。使用该恒定角度，该方法应该“后退”以到达所计算的从车道中心路径的横向偏移的纵向距离d_back _off可以被计算为：

d_back _off＝lat_offset/tan(α)。

图3示出了根据各种实施方式的围绕不可行驶区域重新规划的图示300。车道中心路径306由多个节点提供，包括起始节点308和采样节点310。纵向方向302和横向方向304可以相对于车辆被限定成沿车道中心路径306朝向目标区域322移动。不可行驶区域314可以沿着车辆沿车道中心路径306的道路定位。图3中示出了如上所述的d_ND2LC 316、lat_offset320、d_back _off 312和角α318。

如果“后退”距离将大于当前采样节点与起始节点之间的纵向距离，则该距离可替代地用作“后退”距离。然而，如果“后退”距离改变，则可能需要更新横向偏移角α以到达横向偏移点。角度α可以更新如下：

一旦已经确定了lat_offset,d_back _off和α，就可以确定采样节点中第一个其纵向位置大于碰撞节点的纵向位置减去“后退”距离的采样节点。可能从该节点将开始进行重新规划(换言之：节点位置的改变将开始)。这在图4中被示出为(横向)移位节点402。

图4示出了根据各种实施方式的围绕阻碍区域移动节点的图示400。图4的各个部分与图3中所示的相同或相似，因此可以使用相同的附图标记，并且可以省略重复的描述。

重新规划可以通过再次对节点进行采样、获得它们的原始位置、然后例如根据以下公式使它们的横向位置(d_lat)远离前方的阻碍区域来完成：

其中，

可以是相对于原始节点的横向偏差，d_x可以是相对于当前节点及其母节点的纵向距离差，α可以是先前计算出的偏差角度。

然后可以遵循该过程，直到当前采样节点的纵向位置大于或等于检测到碰撞的节点的纵向位置。然后可以改变横向偏差，使得节点将从当前偏差

开始再次向车道中心偏移。这可以以与当它们远离车道中心移位时相同的方式来完成，唯一的差别可能是它们将总是以恒定的偏差角度移位。

如果在重新规划的任何阶段期间将检测到与不可行驶区域的第二次碰撞，并且前方路面上没有足够的空闲空间以允许主车辆在其自身车道内安全通过，则规划停止。换言之，如果在重新规划阶段期间出现了与不可行驶区域的第二次碰撞，则在前方车道中可能没有足够的空间来允许汽车安全地通过，则可以停止规划并且可以将控制交给驾驶员。

一旦节点已经逐渐移回到车道中心，则重新规划可以完成，并且偏差可以被设置为0，并且节点的采样可以如重新规划开始之前那样继续。这可以继续直到到达目标区域，或者直到与不可行驶区域发生新的碰撞，在该碰撞处可以开始新的重新规划过程。

图5示出了根据各种实施方式的将节点移回到车道中心并恢复“正常”采样的图示500。图5的各个部分与图3中所示的相同或相似，因此可以使用相同的附图标记，并且可以省略重复的描述。节点502可以向车道中心移位，直到到达车道中心路径306。然后，可以使用车道中心路径306来采样节点。

一旦到达目标区域322，通过迭代地穿过到达目标区域的节点的母节点来创建目标路径，并且停止规划。图6中示出了图3至图5所示的场景的目标路径。

图6示出了根据各种实施方式在围绕不可行驶区域重新规划之后的目标路径的图示600。图6的各个部分与图3中所示的相同或相似，因此可以使用相同的附图标记，并且可以省略重复的描述。目标路径然后可以被控制***用作参考以安全地停留在车道中，同时避免道路上的任何阻碍区域。

如图6所示，不使用在车道中心路径上从节点602向前的节点，而是由节点402、502代替以避开障碍物，并且再使用在车道中心路径上从节点604向前的节点。

应当注意，由于考虑到车辆宽度和安全裕度，即使障碍物314不与车道中心路径相交，也可以安全地避开障碍物314。

图7示出了根据各种实施方式的用于路径规划的方法的图示700。在702，可以确定到目标的期望路径，其中，该期望路径可以由多个节点表示。在704，可以确定沿期望路径是否存在障碍物。在706，如果确定沿期望路径存在障碍物，则可以改变节点中的至少一个的位置。

根据各种实施方式，确定沿期望路径是否存在障碍物可以包括或者可以是确定障碍物是否与围绕期望路径的区域相交。

根据各种实施方式，所述区域可以基于垂直于期望路径的方向的期望路径的投影来确定。

根据各种实施方式，所述区域的宽度可以基于要沿期望路径行驶的车辆的宽度。

根据各种实施方式，如果确定沿期望路径存在障碍物，则可以确定在期望路径的哪一侧存在障碍物。

根据各种实施方式，如果确定沿期望路径存在障碍物，则可以确定是否有足够的空间可供绕过障碍物。

根据各种实施方式，改变节点中的至少一个的位置可以包括或可以是改变至少一个节点的横向位置。

根据各种实施方式，改变节点中的至少一个的位置可以包括或可以是改变多个节点的横向位置，以增加节点距障碍物之前的期望路径的横向距离并减小节点距障碍物之后的期望路径的横向距离。

根据各种实施方式，改变节点中的至少一个的位置可以包括基于安全裕度来改变节点中的至少一个的位置。

根据各种实施方式，可以提供由具有至少一个位置改变的节点的节点表示的路径作为实际路径。

根据各种实施方式，可以以层级结构提供多个节点。

步骤702、704、706中的每一个以及上述另外的步骤都可以由计算机硬件组件来执行。

图8示出了根据各种实施方式的路径规划***800。该路径规划***800可以包括期望路径确定电路802、障碍物确定电路804和位置改变电路806。

期望路径确定电路802可以被配置成确定到目标的期望路径，该期望路径由多个节点表示。

障碍物确定电路804可以被配置成确定沿期望路径是否存在障碍物。

位置改变电路806可以被配置成如果确定了沿期望路径存在障碍物则改变节点中的至少一个的位置。

期望路径确定电路802、障碍物确定电路804和位置改变电路806可以例如经由电连接808(例如电缆或计算机总线)或经由任何其它合适的电连接彼此联接以交换电信号。

“电路”可以被理解为任何类型的逻辑实现实体，其可以是专用电路或执行存储在存储器、固件或其任何组合中的程序的处理器。

图9示出了具有多个计算机硬件组件的计算机***900，所述多个计算机硬件组件被配置成执行根据各种实施方式的用于路径规划的计算机实现方法的步骤。计算机***900可以包括处理器902、存储器904和非暂时性数据存储装置906。摄像头908和/或距离传感器910(例如雷达传感器和/或激光雷达传感器)可以作为计算机***900的一部分被提供(如图9所示)，或者可以被提供在计算机***900的外部。

处理器902可以执行存储器904中提供的指令。非暂时性数据存储装置906可以存储计算机程序，包括可传送到存储器904且接着由处理器902执行的指令。摄像头908可用于确定车道中心(或车道中心路径)。距离传感器910可用于确定障碍物。

处理器902、存储器904和非暂时性数据存储装置906可例如经由电连接912(例如电缆或计算机总线)或经由任何其它合适的电连接彼此联接以交换电信号。摄像头908和/或距离传感器910可以例如经由外部接口联接到计算机***900，或者可以作为计算机***的一部分被提供(换言之：在计算机***内部，例如经由电连接912联接)。

术语“联接”或“连接”旨在分别包括直接“联接”(例如经由物理链路)或直接“连接”以及间接“联接”或间接“连接”(例如经由逻辑链路)。

应当理解，已经针对上述方法之一描述的内容可以类似地适用于路径规划***800和/或计算机***900。

Claims

1.一种用于路径规划的计算机实现方法，

该计算机实现方法包括由计算机硬件组件执行的以下步骤：

-确定到目标的期望路径(702)，所述期望路径由多个节点表示；

-确定沿所述期望路径是否存在障碍物(704)；以及

-如果确定沿所述期望路径存在障碍物，则改变所述节点中的至少一个节点的位置(706)。

2.根据权利要求1所述的计算机实现方法，

其中，确定沿所述期望路径是否存在障碍物包括：确定障碍物是否与围绕所述期望路径的区域相交。

3.根据权利要求2所述的计算机实现方法，

其中，所述区域是基于所述期望路径的垂直于该期望路径的方向的投影来确定的。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的计算机实现方法，

其中，所述区域的宽度基于要沿所述期望路径行驶的车辆的宽度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机实现方法，

其中，如果确定沿所述期望路径存在障碍物，则确定在所述期望路径的哪一侧存在所述障碍物。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机实现方法，

其中，如果确定沿所述期望路径存在障碍物，则确定是否有足够的空间可供绕过所述障碍物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的计算机实现方法，

其中，改变所述节点中的至少一个节点的位置包括：改变所述至少一个节点的横向位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的计算机实现方法，

其中，改变所述节点中的至少一个节点的位置包括：改变多个节点的横向位置，以增加所述节点距所述障碍物之前的期望路径的横向距离并减小所述节点距所述障碍物之后的期望路径的横向距离。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的计算机实现方法，

其中，改变所述节点中的至少一个节点的位置包括：基于安全裕度改变所述至少一个节点的位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机实现方法，

其中，提供由具有至少一个位置改变的节点的节点表示的路径作为实际路径。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的计算机实现方法，

其中，所述多个节点以层级结构提供。

12.一种用于使车辆转向的计算机实现方法，

该计算机实现方法包括由计算机硬件组件执行的以下步骤：

基于根据权利要求1至11中任一项所述的计算机实现方法使所述车辆转向。

13.一种计算机***，该计算机***被配置成执行根据权利要求1至12中任一项所述的计算机实现方法。

14.一种车辆，该车辆包括：

根据权利要求13所述的计算机***；以及

被配置成确定障碍物的至少一个传感器。

15.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的计算机实现方法的指令。