CN116061933B - 一种基于限速信息的车辆速度规划方法、装置和域控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于限速信息的车辆速度规划方法、装置和域控制器，方法包括：在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；基于限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；基于障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；通过各个路径点的最新限速值，生成在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；通过限速曲线对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划；当经过当前速度规划周期之后，返回在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期。本发明提供的技术方案，解决了车辆速度规划时车辆速度变化激烈的问题，进一步提高了车辆自动驾驶的舒适度。

Description

一种基于限速信息的车辆速度规划方法、装置和域控制器

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，具体涉及一种基于限速信息的车辆速度规划方法、装置和域控制器。

背景技术

车辆的自动驾驶有助于提升道路安全、缓解人力短缺、促进节能环保。轨迹规划是车辆自动驾驶的核心业务之一，分为路径规划和速度规划。路径规划旨在生成一系列的点使得车辆能够顺利地从当前位置移动到目标位置。速度规划在路径规划的基础上赋予每个点相应的速度、加速度以及到达的时刻，让车辆在满足安全和运动学等要求下尽可能快的到达目标位置。速度规划常常需要完成车辆起步、巡航、跟车、避障、停站等功能。

目前，对于车辆的速度规划，通常是结合路径段的限速要求、路径上出现的各种障碍物对车辆速度进行规划，速度规划通常是以不碰撞障碍物或准时到达终点为目标。但是这类速度规划方法没有充分考虑汽车的速度变化程度，在当前速度规划周期内，只考虑生成一个速度，该速度能够在规定的时间内满足到达终点目标或不碰撞障碍物目标即可，如果路况上突发情况较多或者限速要求变化过快，每个速度规划周期速度变化的程度较大，使得汽车的速度变化激烈且频繁，导致驾乘人员的体验感较差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施方式提供了一种基于限速信息的车辆速度规划方法、装置和域控制器，在目前的速度规划技术基础上，解决了车辆速度规划时车辆速度变化激烈的问题，进一步提高了车辆自动驾驶的舒适度。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于限速信息的车辆速度规划方法，所述方法包括：在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；读取当前路径的限速要求信息，并基于所述限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；获取本车前方的障碍物信息，并基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照所述限速曲线进行变化；当经过当前速度规划周期之后，返回所述在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期。

可选地，所述基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值，包括：当所述障碍物信息表示本车前方具有静态障碍物时，计算能够使本车停止在静态障碍物前第一预设距离位置的各个路径点对应的最新限速值；当所述障碍物信息表示本车前方具有穿过本车路径的穿行障碍物时，估算本车与所述穿行障碍物的穿行相撞点，并将所述穿行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；当所述障碍物信息表示本车前方具有逆行障碍物时，估算本车与所述逆行障碍物的逆行相撞点，并将所述逆行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；当所述障碍物信息表示本车前方具有需要跟车的跟车障碍物时，确定最小跟车距离和最大跟车距离；当本车与所述跟车障碍物的距离在所述最小跟车距离和所述最大跟车距离之间时，通过下式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

为车辆正常行驶时的预设最大减速度，/>

为当前参与计算最新限速值的路径点到跟车障碍物的距离，v _follow等于所述跟车障碍物的行驶速度；当本车与所述跟车障碍物的距离小于所述最小跟车距离时，通过如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，c _times是大于1的预设缩放参数；当本车与所述跟车障碍物的距离大于所述最大跟车距离时，采用如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

表示所述最大跟车距离。

可选地，所述估算本车与所述穿行障碍物的穿行相撞点，包括：估算本车以当前速度匀速行驶到达前方任意位置的各个到达时刻；基于所述穿行障碍物的行驶轨迹，从本车当前位置开始逐个测试在前方某个位置本车是否会与所述穿行障碍物相撞，并将测试得到的第一个相撞位置作为所述穿行相撞点；其中，每次测试的步骤包括：从各个所述到达时刻中提取本车到达当前测试位置的目标到达时刻；若所述穿行障碍物在所述目标到达时刻的前后预设秒经过当前测试位置，则将所述当前测试位置作为相撞位置；若所述穿行障碍物在所述目标到达时刻与所述当前测试位置的距离在第二预设距离内，则将所述当前测试位置作为相撞位置。

可选地，所述通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线，包括：以所述预设长度路段上延伸的距离为横轴，并以最新限速值为纵轴，基于各个路径点的最新限速值连接生成限速曲线；对所述限速曲线中速度下降的曲线部分，利用速度开始下降端点和速度停止下降端点连接而成的线段进行替换；对所述限速曲线中速度上升的曲线部分，利用速度开始上升端点到速度停止上升端点的阶跃曲线进行替换；识别调整后的限速曲线的形状，并基于识别的形状将所述限速曲线划分为匀速模式、阶跃模式、下坡模式三种限速模式，其中匀速模式表征限速值不变的直线部分，所述阶跃模式表征从一个匀速限速值跳变为另一个匀速限速值的部分，所述下坡模式表示从一个限速值线性下降到另一个限速值的直线部分。

可选地，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为匀速模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：第一匀速模式：当本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度等于0，则规划本车在未来预设时间段内各个时刻的速度都为所述匀速限速值，并将本车在未来预设时间段内各个时刻的加速度都规划为0；第二匀速模式：当本车的当前速度小于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度小于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀提高进行变加速行驶；当本车的加速度提高到预设最大加速度时，控制本车以所述预设最大加速度进行匀加速行驶，直至本车的速度达到v _const-v _gap，其中v _const表示所述匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const-v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _max(v _const-v _w-1)/v _gap进行变加速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _max表示所述预设最大加速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度；第三匀速模式：当本车的当前速度大于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度大于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀减小进行变减速行驶；当本车的加速度减小到预设最大减速度时，控制本车以所述预设最大减速度进行匀减速行驶，直至本车的速度达到v _const+v _gap，其中v _const表示所述匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const+v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _min(v _w-1-v _const)/v _gap进行变减速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _min表示所述预设最大减速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度。

可选地，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为阶跃模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：从各个路径点中确定限速值发生阶跃变化的阶跃路径点；在所述阶跃路径点之前，基于阶跃前的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划；在所述阶跃路径点之后，基于阶跃后的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划。

可选地，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为下坡模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：确定第一限速端值和第二限速端值，所述第一限速端值是限速曲线开始减速的端点对应的限速值，所述第二限速端值是限速曲线停止减速的端点对应的限速值；在所述第一限速端值和所述第二限速端值之间分别取高速阈值和低速阈值，用于表征本车的速度高低情况；计算从第一限速端值减速到所述第二限速端值对应的标准加速度；若本车当前处于减速或匀速状态，通过如下第一下坡模式、第二下坡模式或第三下坡模式进行速度规划；第一下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述第一限速端值时，通过如下公式计算第一减速度

a _{start_const2}= max(a _{start_const2_raw},a _min)

a _{start_const2_raw}= (v _const2+v ₀)(v _const2-v ₀)/(2s _thb)

式中，a _{start_const2}表示所述第一减速度，v _const2表示所述第二限速端值，v ₀表示本车的当前速度，s _thb表示限速曲线从第一限速端值到第二限速端值对应的距离值，a _min表示所述预设最大减速度，a _{start_const2_raw}表示第一初始减速度；利用所述第一减速度和所述第二限速端值分别替换所述第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划；第二下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述低速阈值且小于所述第一限速端值时，通过如下公式计算第二减速度

a _suitable= max(a _{suitable_raw},a _min)

a _{suitable_raw}=a _const(v ₀-v _low)/(v _const1-v _low)

式中，v ₀表示本车的当前速度，v _low表示所述低速阈值，v _const1表示所述第一限速端值，a _const表示所述标准加速度，a _min表示所述预设最大减速度，a _suitable表示所述第二减速度，a _{suitable_raw}表示第二初始减速度；利用所述第二减速度和所述第二限速端值分别替换所述第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划；第三下坡模式：当本车的当前速度小于所述低速阈值时，控制本车进行先加速再减速；若本车当前处于加速状态，通过如下第四下坡模式或第五下坡模式进行速度规划；第四下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述高速阈值时，通过所述第二下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划；第五下坡模式：当本车的当前速度小于所述高速阈值时，通过所述第三下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。

可选地，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为匀速模式加下坡模式加匀速模式，所述方法还包括：估算本车在减速过程中的车辆行驶距离d _proper；计算理论最佳减速位置s _{proper_raw}，其中s _{proper_raw}=s _th2-d _proper，s _th2表示第二限速端值在路径上的位移；计算最佳开始减速位置s _proper，其中s _proper= min(s _{proper_raw},s _th1)，s _th1表示第一限速端值在路径上的位移；当本车位移s<s _proper时，利用第一限速端值代替匀速模式中的匀速限速值，并采用匀速模式对本车进行速度规划；当本车位移s≥s _proper时，采用下坡模式对本车进行速度规划。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于限速信息的车辆速度规划装置，所述装置包括：路径点模块，用于在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；限速配置模块，用于读取当前路径的限速要求信息，并基于所述限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；限速更新模块，用于获取本车前方的障碍物信息，并基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；限速曲线模块，用于通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；速度规划模块，用于对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照所述限速曲线进行变化；规划周期跳转模块，用于当经过当前速度规划周期之后，返回所述在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种域控制器，包括：感知处理单元、决策处理单元、控制处理单元和通信单元，所述感知处理单元、所述决策处理单元、所述控制处理单元和所述通信单元之间互相通信连接，所述决策处理单元中存储有计算机指令，所述决策处理单元通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

本申请提供的技术方案，具有如下优点：

本申请提供的技术方案，在每个速度规划周期开始时，首先在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；之后基于路径的限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；然后基于本车前方的障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；之后通过各个路径点的最新限速值，绘制生成在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；最后基于限速曲线对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度贴近于限速曲线；经过预设时间段之后，本周期规划结束，返回第一个步骤重新在本车前方的预设长度路段上设置多个路径点，进入下一个速度规划周期。通过上述步骤，使得车辆的全局速度紧密贴近限速曲线，而限速曲线在路径的每个点呈现平稳变化的效果，从而车辆能够在保持最大速度行驶的同时，车辆速度几乎不会发生瞬时陡增与陡减的情况，能够显著提高驾乘人员的舒适度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有技术中的限速曲线示意图；

图2示出了本发明一个实施方式中一种基于限速信息的车辆速度规划方法的步骤示意图；

图3示出了本发明一个实施方式中生成的限速曲线示意图；

图4示出了本发明一个实施方式中生成的另一个限速曲线示意图；

图5示出了本发明一个实施方式中限速曲线的阶跃模式示意图；

图6示出了本发明一个实施方式中限速曲线的下坡模式示意图；

图7示出了本发明一个实施方式中限速曲线的梯形模式示意图；

图8示出了本发明一个实施方式中一种基于限速信息的车辆速度规划装置的结构示意图；

图9示出了本发明一个实施方式中一种域控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

随着自动驾驶技术的发展，目前市面上存在多种速度规划算法，大多数算法实现了车辆在全路径上尽可能保持高速行驶的目的，使车辆能够及时响应加速和减速的控制信号，在不超过路段限速值和不发生碰撞的情况下，以最快的速度到达终点。但是目前的速度规划技术都过于死板，通常是给每个距离较长的路段设定一个限速值，例如图1所示，这种速度规划方法导致车辆经常出现短时间内速度变化过快的情况，在减速的场景中尤为明显，严重影响驾乘人员的舒适度，从而本发明实施例提供了如下速度规划方法，能够在保持车辆最快速度行驶的前提下，较好地解决这一问题。

请参阅图2，在一个实施方式中，一种基于限速信息的车辆速度规划方法，具体包括以下步骤：

步骤S101：在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点。

具体地，本发明实施例首先对本车前方的预设长度路段进行路径点划分，用于为每个路径点赋予限速信息。需要注意的是，本实施例设置每个路径点与路径点的间隔相等，是用于保证路径点的数量不能太少且路径点分布均匀，保证全路径限速信息的准确度，能够降低后续速度规划的计算难度，并提高速度规划准确度。具体地，路径点的间隔设置的过小会导致路径点太多，计算量太大，目前的芯片设备难以支持，路径点间隔设置的过大会导致路径点数量过少，后续速度规划计算结果不够准确。本实施例采用1米为间隔设置一个路径点，一般情况下，路径点之间的间隔可以选在0.5米至10米之间，但是，随着未来芯片技术的发展，在算力提高之后，路径点的间隔也可以采用更小的数值，本实施例对此并不做特殊限定。预设长度路段选择的太长或者太短，都会影响速度规划的效率，在本发明实施例中，预设长度路段每次选择100米，考虑到目前芯片技术的计算水平，选择本车前方100米长度的路径进行路径点划分并生成限速信息的效果最优，随着未来芯片技术的发展，预设长度路段也可以采用更短或更长的数值，本实施例并不做特殊限定。

步骤S102：读取当前路径的限速要求信息，并基于限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值。

具体地，本步骤用于从园区、城市交通等道路管理***中读取路径的限速要求信息，从而为每个路径点赋予初始限速值。例如：在某个封闭工业园区中，一段路径预先配置了限速要求信息，限速要求信息中记录了当前路径的0~200米的限速值为8.5m/s，200~250米的限速值为4.3m/s，250~500米的限速值为10m/s，以此类推。预先为每一个路径点标记初始限速值，当前路径点的限速值表示当前路径点到上一个路径点之间的间隔路段的限速情况。

步骤S103：获取本车前方的障碍物信息，并基于障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值。

具体地，步骤S102为每个路径点赋予的限速值并未考虑路径附近的障碍物，当路径上具有障碍物时，还需要实时根据障碍物的位置计算车辆实际速度，从而避免车辆与障碍物产生碰撞。本实施例通过障碍物识别***识别路径上的障碍物信息，其中通过摄像头、雷达等设备进行障碍物识别的技术手段可以参考现有技术，本发明不再赘述。之后本实施例基于本车前方的障碍物信息，计算本车经过各个路径点的最大允许速度，从而更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值。

步骤S104：通过各个路径点的最新限速值，生成在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线。

步骤S105：对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照限速曲线进行变化。

步骤S106：当经过当前速度规划周期之后，返回在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期。

具体地，本实施例通过各个路径点的最新限速值进行曲线拟合，即可生成在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线，曲线横轴是预设长度路段上延伸的距离，最新限速值为纵轴。以图3为例，本发明实施例生成的限速曲线随着路径点的变化而变化，通过合理的选取路径点，路径上每个位置的实际限速信息更加准确。与图1中常规的限速曲线相比，能够指导车辆按照每个路径点的限速值灵活调整本车的加速度和速度，从而控制车辆的实际行驶速度按照限速曲线的变化规律进行变化，当车辆的实际行驶速度与限速曲线最贴合时，就能够保证车辆在最快行驶的前提下，车速几乎不产生过大的抖动，能够显著提高驾乘人员的舒适度。

具体地，为了保证速度规划的准确度，预设时间段和速度规划周期都应选择的尽可能小，在本实施例中，每个速度规划周期设为0.1s，预设时间段长度为7秒。为了不浪费计算资源，每次规划未来7秒的速度，其中采用0.1s为一个时刻，将未来7秒划分为70个时刻进行速度规划。举例来说，在当前速度规划周期内，首先在本车前方以1米为间隔划定100个路径点，为每个路径点生成限速值，然后基于100个路径点生成的限速值计算本车未来7秒的实际速度值，经过0.1秒之后当前规划周期结束，进入下一规划周期，需要重新确定100个路径点，进而重新计算本车未来7秒的实际速度，由于速度规划周期时间较短，每个规划周期重新确定的路径点和未来7秒速度在上一规划周期的基础上微调即可。

具体地，在一实施例中，上述步骤S103，具体包括如下步骤：

步骤一：当障碍物信息表示本车前方具有静态障碍物时，计算能够使本车停止在静态障碍物前第一预设距离位置的各个路径点对应的最新限速值。

具体地，本发明实施例分别从静态障碍物、穿行障碍物、逆行障碍物和跟车障碍物四个方面分析各个路径点的限速情况，从而保证各个路径点最新限速值的更新准确度。在本实施例中，对于静态障碍物，定义有第一预设距离，当车辆发现静态障碍物时，生成各个路径点的最新限速值，用于指导本车恰好停止在静态障碍物前方第一预设距离的位置，保证本车在按照限速曲线能够最大程度上平缓减速，提高驾乘人员的舒适度。

具体地，在本发明实施例中，对于静态障碍物前方第一预设距离（例如15米）以内的路径点，更新最新限速值为0m/s；对于静态障碍物前方超过第一预设距离的各个路径点，按照如下公式更新各个路径点的最新限速值

式中，

表示车辆正常行驶时的最大减速度（例如-0.8m/s²），变量/>

表示当前更新限速值的路径点到静态障碍物的距离。

另外，对于静态障碍物后方的路径点的最新限速值全部更新为0m/s。

步骤二：当障碍物信息表示本车前方具有穿过本车路径的穿行障碍物时，估算本车与穿行障碍物的穿行相撞点，并将穿行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值。

步骤三：当障碍物信息表示本车前方具有逆行障碍物时，估算本车与逆行障碍物的逆行相撞点，并将逆行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值。

具体地，在本实施例中，估算本车与穿行障碍物的穿行相撞点可以通过穿行障碍物的轨迹预测实现，首先预测穿行障碍物的轨迹（穿行障碍物的轨迹预测为现有技术，本实施例不再赘述），进而确定穿行障碍物的轨迹和本车路径的相交点，通过分析本车和穿行障碍物是否在同一时间达到相交点即可完成穿行相撞点的估算。另外，估算本车与逆行障碍物的逆行相撞点，本实施例通过假设本车和逆行障碍物都以当前速度匀速行驶从而估算相撞的位置。之后，将逆行相撞点和穿行相撞点视为静态障碍物，采用上述步骤一的流程生成各个路径点的最新限速值。

步骤四：当障碍物信息表示本车前方具有需要跟车的跟车障碍物时，确定最小跟车距离和最大跟车距离。

具体地，当本车前方障碍物包括跟车障碍物时，本实施例首先确定最小跟车距离和最大跟车距离，然后根据最小跟车距离和最大跟车距离生成各个路径点的限速信息，从而指导本车能够稳定保持在最小跟车距离和最大跟车距离之间，以便于后续规划稳定性更高的车速，其中最小跟车距离和最大跟车距离可以通过专家经验确定。具体地，在本实施例中，为了进一步提高后续规划的车速稳定性，通过跟车障碍物（例如前方行进的车辆）的速度实时调整最小跟车距离和最大跟车距离。

具体地，假设此时跟车障碍物的速度为v _obstacle，则将本车的跟车速度v _follow预先设置为等于v _obstacle。在跟车过程中，若跟车障碍物速度的变化小于2m/s则不更新v _follow，以防止该跟车速度频繁变化导致车辆不停地在加速与减速之间切换。本实施例目前采用跟车速度5秒钟行驶的距离为最小跟车距离d _{follow_min}，跟车速度10秒钟行驶的距离为最大跟车距离d _{follow_max}，即

d _{follow_min}= 5v _follow

d _{follow_max}= 10v _follow

步骤五：当本车与跟车障碍物的距离在最小跟车距离和最大跟车距离之间时，通过下式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

为车辆正常行驶时的最大减速度，/>

为当前参与计算最新限速值的路径点到跟车障碍物的距离，/>

等于跟车障碍物的行驶速度。

具体地，假设车辆在当前路径点以加速度

做匀减速运动，且恰好停在前方跟车障碍物的位置，根据此假设能得到车辆在不同路径点时的速度，并以此为限制速度。基于以上假设，根据以下原理计算车辆在不同路径点时的速度：若车辆以v ₁为初始速度，以a为加速度做匀加速运动直到速度变为v ₂，假设此时车辆行驶了距离s，则满足如下关系：

v ₂ ²-v ₁ ²= 2as

对于上式而言，v ₁=

，v ₂=0m/s，a=a _min，s=d _i，因此

。

在该限速模式下，当本车的位置在最小跟车距离和最大跟车距离之间时，本车前方各个路径点的最新限速值取跟车速度v _follow和

中的较小值。从而能够限制本车的速度接近前方跟车障碍物的速度，稳定保持两车之间的距离。

步骤六：当本车与跟车障碍物的距离小于最小跟车距离时，通过如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，c _times是大于1的预设缩放参数。

具体地，当本车与跟车障碍物的距离小于最小跟车距离时，表示本车与跟车障碍物很近，为了保证跟车安全性。从而通过预设缩放参数对常规的跟车速度

进行缩小，本实施例选c _times为1.2。/>

是本车从路径点位置开始行驶恰好能停止在跟车障碍物位置的速度，故不用改变。在该限速方式下，本车经过每个路径点的速度都将小于前方跟车障碍物的速度，从而控制本车与跟车障碍物的距离慢慢增大。当距离增大到d _{follow_middle}=(d _{follow_min}+d _{follow_max})/2之后，继续采用步骤五的方式计算各个路径点的最新限速值，用于让本车加速到前方跟车障碍物的速度。

步骤七：当本车与跟车障碍物的距离大于最大跟车距离时，采用如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

表示最大跟车距离。

具体地，当本车与跟车障碍物的距离大于最大跟车距离时，表示本车与跟车障碍物太远，在跟车安全的前提下，本车可以适当加速。具体包括两种情况，当

时，表示当前参与计算最新限速值的路径点在最大跟车距离之内，通过c _times对跟车速度

进行少许扩大之后，该路径点的最新限速值选取/>

中的较小值，从而可以限制本车的速度略大于前车的速度，实现控制本车与跟车障碍物的距离慢慢减小的目的。当/>

时，表示当前计算最新限速值的路径点在最大跟车距离之外，无需考虑速度超调的问题，本车可以进行较快加速，从而设定各个路径点的最新限速值为更高的/>

。在/>

这一距离范围内设定较大的限速值，使本车可以超出前车速度更多，指导本车与跟车障碍物的距离加快减小。

具体地，在一实施例中，上述步骤二，具体包括如下步骤：

步骤八：估算本车以当前速度匀速行驶到达前方任意位置的各个到达时刻。

步骤九：基于穿行障碍物的行驶轨迹，从本车当前位置开始逐个测试在前方某个位置本车是否会与穿行障碍物相撞，并将测试得到的第一个相撞位置作为穿行相撞点。其中，每次测试的步骤包括：

1.从各个到达时刻中提取本车到达当前测试位置的目标到达时刻；

2.若穿行障碍物在目标到达时刻的前后预设秒经过当前测试位置，则将当前测试位置作为相撞位置；

3.若穿行障碍物在目标到达时刻与当前测试位置的距离在第二预设距离内，则将当前测试位置作为相撞位置。

具体地，考虑到在实际应用场景中，车辆具有一定的碰撞体积，如果只将车辆视为一个质点，估算的穿行相撞位置不够准确。基于此，本发明实施例为了提高安全性，采用了比较保守的策略判断是否相撞。首先估算本车以当前速度匀速行驶到达前方任意位置p _i的各个到达时刻t _i，例如每经过1米视为一个位置，估算本车到达前方每1米的时刻t _i。然后，逐个位置测试穿行障碍物是否在t _i时刻的前后预设秒经过当前测试位置，例如当前是第10次测试，则测试穿行障碍物是否在目标到达时刻t ₁₀的前后3秒经过当前测试位置。如果测试经过，则考虑穿行障碍物的外壳与本车的外壳会发生碰撞，从而将该位置视为一个相撞位置。另外，如果穿行障碍物在目标到达时刻t ₁₀与当前测试位置的距离在第二预设距离内（例如15米），则认为穿行障碍物与本车距离非常近，从而出现车辆外壳的碰撞，将当前测试位置作为相撞位置。通过本实施例的估算方法，在充分考虑车辆外部体积的前提下，能够进一步提高后续车辆速度规划结果的安全性和可靠性。

具体地，在一实施例中，上述步骤S104，具体包括如下步骤：

步骤十：以预设长度路段上延伸的距离为横轴，并以最新限速值为纵轴，基于各个路径点的最新限速值连接生成限速曲线。

步骤十一：对限速曲线中速度下降的曲线部分，利用速度开始下降端点和速度停止下降端点连接而成的线段进行替换。

步骤十二：对限速曲线中速度上升的曲线部分，利用速度开始上升端点到速度停止上升端点的阶跃曲线进行替换。

步骤十三：识别调整后的限速曲线的形状，并基于识别的形状将限速曲线划分为匀速模式、阶跃模式、下坡模式三种限速模式，其中匀速模式表征限速值不变的直线部分，阶跃模式表征从一个匀速限速值跳变为另一个匀速限速值的部分，下坡模式表示从一个限速值线性下降到另一个限速值的直线部分。

具体地，首先根据各个路径点的最新限速值，绘制出图3所示的限速曲线。然后，针对其中限速曲线中速度下降的曲线部分，包括一个速度开始下降端点和一个速度停止下降端点，本实施例通过这两个端点连接直线，并利用得到的线段替换对应位置的曲线。通过本步骤的调整，对速度下降的部分以直线表示限速信息匀速下降的趋势，剔除了限速曲线中的微小速度波动，这对于车辆以最大允许速度保持行驶的影响可以忽略，但是能够显著降低计算复杂度，提高速度规划的效率。类似的，若限速逐渐增大，则除了首尾两个端点之外还需要增加一个限速点，从而生成阶跃曲线，替换逐渐上升型的限速曲线。阶跃部分可以视为两个匀速限速路段的拼接，从而降低后续速度规划的计算难度。通过步骤十一和步骤十二的处理，得到类似于图4所示的限速曲线形状，用来表征本车前方100米各个位置的限速值。最后，识别调整后的限速曲线的形状，并基于识别的形状将限速曲线划分为匀速模式（最新限速值组成的一段水平直线，在一段时间内最新限速值无变化）、阶跃模式（阶跃直线）、下坡模式（斜向下的直线）三种限速模式。本实施例针对每一种模式单独进行速度规划，能够显著降低全局速度规划的计算难度。

具体地，在一实施例中，对于匀速模式，上述步骤S105，具体通过如下三种匀速模式进行速度规划。

第一匀速模式：当本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度等于0，则规划本车在未来预设时间段内各个时刻的速度都为匀速限速值，并将本车在未来预设时间段内各个时刻的加速度都规划为0。

具体地，匀速限速值是匀速模式下的限速值，在这一时间段内，各个路径点对应的最新限速值没有变化，限速曲线为水平直线。如果本车当前正在以匀速限速值的速度匀速形式，则保持当前速度即可，保证车辆最快行驶。从而将本车在未来预设时间段（例如7秒）内各个时刻的加速度都规划为0，不进行速度变化。

第二匀速模式：当本车的当前速度小于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度小于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀提高进行变加速行驶；当本车的加速度提高到预设最大加速度时，控制本车以预设最大加速度进行匀加速行驶，直至本车的速度达到v _const-v _gap，其中v _const表示匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const-v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _max(v _const-v _w-1)/v _gap进行变加速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _max表示预设最大加速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度，w表示当前时刻。

具体地，如果本车车速未达到匀速限速值，或者本车的车速虽然达到了匀速限速值，但是本车加速度为负，正在处于减速状态。为了保证车辆能够紧靠匀速限速值行驶，从而需要对本车的加速度进行增加，令本车进入加速状态。需要注意是，如果本车的加速度设置过大，会导致本车达到匀速限速值时依然处于加速状态，从而出现速度超调，超调后本车又自动进行减速，出现加速度和速度都频繁波动的现象，令驾乘人员出现不适感。基于此，本实施例沿着100米路径方向，首先采用加加速度j _max让加速度逐渐提高到预设最大加速度a _max，记此刻为t _jerk，在时间0~t _jerk，本车处于变加速行驶状态。然后令本车以a _max匀加速到v _const-v _gap，记此刻为t _acc。v _gap可以根据专家经验设置，例如v _gap=0.1v _const，即控制车辆在时间t _jerk~t _acc按照预设最大加速度a _max匀加速到匀速限速值v _const的附近。在时刻t _acc后，对加速度进行逐时刻减小，以加速度a _w=a _max(v _const-v _w-1)/v _gap逐渐加速度到匀速限速值v _const（其中w=1,2,…,70，表示70未来7秒，每个时刻0.1s）；其中，(v _const-v _w-1)/v _gap表示每个时刻加速度的减小比例，该策略的优点是在车辆速度接近匀速限速值时，控制加速度逐渐按照一定比例缩小，通过变加速状态慢慢加速到匀速限速值，从而避免了速度超调，显著减少了加速度和速度都频繁波动的现象，提高了驾乘人员的舒适程度。

第二匀速模式的运动模型表示如下：

在时间段(0,t _jerk]采用的运动模型为

式中，加加速度j=j _max，时间间隔Δt=0.1秒，

表示本车当前时刻行驶的位移，

表示下一时刻的加速度，/>

表示下一时刻速度，/>

表示当前时刻速度，/>

表示本车下一时刻行驶的位移。

在时间段(t _jerk,t _acc]采用的运动模型为

式中，当前时刻的加速度a _w=a _max，其他符号同上。

在时间段(t _acc,t _max]采用的运动模型为

式中，加加速度j=j _max,加速度a=a _max，其他符号同上。

第三匀速模式：当本车的当前速度大于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度大于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀减小进行变减速行驶；当本车的加速度减小到预设最大减速度时，控制本车以预设最大减速度进行匀减速行驶，直至本车的速度达到v _const+v _gap，其中v _const表示匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const+v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _min(v _w-1-v _const)/v _gap进行变减速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _min表示预设最大减速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度。

具体地，第三匀速模式与第二匀速模式类似，如果本车的当前速度大于匀速限速值，或者本车的当前速度虽然等于匀速限速值但是本车的当前加速度大于0（处于加速状态），表示本车已经超速或将要超速，从而需要进行减速。本实施例沿着路径点的方向，采用减减速度j _min规划本车的加速度逐渐降低到预设最大减速度a _min（负值），记此刻为t _jerk。然后以a _min匀减速到v _const+v _gap，记此刻为t _acc。在时刻t _acc之后，控制车辆以加速度a _w=a _min(v _w-1-v _const)/v _gap逐渐减速到v _const；第三匀速模式的优点在于，当本车速度贴近匀速限速值时，令加速度的绝对值逐渐变小，从而避免了速度超调，减少了加速度和速度都频繁波动的现象，提高了驾乘人员的舒适程度。其中可以取j _min=-0.2m/s³，a _min=-0.8m/s²，仅以此举例，不以此为限。

具体地，在一实施例中，对于阶跃模式，上述步骤S105，具体包括如下步骤：

步骤十四：从各个路径点中确定限速值发生阶跃变化的阶跃路径点。

步骤十五：在阶跃路径点之前，基于阶跃前的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划。

步骤十六：在阶跃路径点之后，基于阶跃后的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划。

具体地，如图5所示，找到匀速限速值发生阶跃的阶跃点，阶跃点对应的位置表示为s _tha。在位移区间[0,s _tha),以阶跃前的匀速限速值v _const1为限速采用上述匀速模式的策略进行速度规划；在位移区间[s _tha,100]，以阶跃后的匀速限速值v _const2为限速采用匀速模式的策略进行速度规划。从而使车辆保持最大速度行驶的同时，维持车辆速度与加速度的稳定变化，显著提高了驾乘人员的舒适度。

具体地，在一实施例中，对于下坡模式，上述步骤S105，具体包括如下步骤：

步骤十七：确定第一限速端值和第二限速端值，第一限速端值是限速曲线开始减速的端点对应的限速值，第二限速端值是限速曲线停止减速的端点对应的限速值；在第一限速端值和第二限速端值之间分别取高速阈值和低速阈值，用于表征本车的速度高低情况；计算从第一限速端值减速到第二限速端值对应的标准加速度。

具体地，如图6所示，为了提高驾乘人员的舒适度，保证车辆在限速值均匀减小的下坡模式稳定行驶。预先确定第一限速端值、第二限速端值、高速阈值、低速阈值和标准加速度，用于后续计算。

v _diff=v _const1-v _const2

v _high=v _const2+ 0.9v _diff

v _low=v _const2+ 0.6v _diff

a _const= (v _const2+v _const1)(v _const2-v _const1)/(2s _thb)

其中，v _const1是第一限速端值，v _const2是第二限速端值，v _high表示高速阈值，v _low表示低速阈值，a _const表示标准加速度，标准加速度表示本车从第一限速端值的位置行驶到第二限速端值的位置恰好能够从第一限速端值减速到第二限速端值的加速度，s _thb表示限速曲线从第一限速端值到第二限速端值对应的距离值，v _diff表示第一限速端值和第二限速端值之间的限速差值。

步骤十八：若本车当前处于减速或匀速状态，通过如下第一下坡模式、第二下坡模式或第三下坡模式进行速度规划。

第一下坡模式：当本车的当前速度大于等于第一限速端值时，通过如下公式计算第一减速度

a _{start_const2}= max(a _{start_const2_raw},a _min)

a _{start_const2_raw}= (v _const2+v ₀)(v _const2-v ₀)/(2s _thb)

式中，a _{start_const2}表示第一减速度，v _const2表示第二限速端值，v ₀表示本车的当前速度，s _thb表示限速曲线从第一限速端值到第二限速端值对应的距离值，a _min表示预设最大减速度，a _{start_const2_raw}表示第一初始减速度。

利用第一减速度和第二限速端值分别替换第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划。

具体地，若本车当前处于减速或匀速状态，但是本车的当前速度大于等于第一限速端值v _const1时，说明本车已超速，需要以绝对值较大的减速度减速，进而通过a _{start_const2_raw}= (v _const2+v ₀)(v _const2-v ₀)/(2s _thb)计算第一初始减速度a _{start_const2_raw}（符号为负），由于计算的第一初始减速度可能小于预设的最大减速度a _min（符号为负），因此取第一初始减速度和最大减速度中的较大值作为第一减速度。然后，利用第一减速度和第二限速端值分别替换第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，将第一下坡模式的速度规划问题转换为第三匀速模式的速度规划问题，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划。从而使车辆的全局速度能够贴近下坡的限速曲线逐渐减速，最终减小到第二限速端值。且调用匀速模式的规划逻辑简单，计算难度低，不仅能够提高速度规划效率，同时保证了驾乘人员的舒适感。

第二下坡模式：当本车的当前速度大于等于低速阈值且小于第一限速端值时，通过如下公式计算第二减速度

a _suitable= max(a _{suitable_raw},a _min)

a _{suitable_raw}=a _const(v ₀-v _low)/(v _const1-v _low)

式中，v ₀表示本车的当前速度，v _low表示低速阈值，v _const1表示第一限速端值，a _const表示标准加速度，a _min表示预设最大减速度，a _suitable表示第二减速度，a _{suitable_raw}表示第二初始减速度；

利用第二减速度和第二限速端值分别替换第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划。

具体地，若本车当前处于减速或匀速状态，同时，本车的当前速度大于等于低速阈值v _low且小于第一限速端值v _const1，说明本车当前速度合适，可以通过较缓和的减速度进行减速。从而本发明实施例通过式a _{suitable_raw}=a _const(v ₀-v _low)/(v _const1-v _low)计算第二初始减速度，由于计算的第二初始减速度a _{suitable_raw}可能小于预设的最大减速度a _min，因此取第二初始减速度和最大减速度中的较大值作为第二减速度。同理，利用第二减速度和第二限速端值分别替换第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，将第二下坡模式的速度规划问题转换为第三匀速模式的问题，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划。从而使车辆的全局速度能够贴近下坡的限速曲线逐渐减速，最终减小到第二限速端值。且调用匀速模式的规划逻辑简单，计算难度低，不仅能够提高速度规划效率，同时保证了驾乘人员的舒适感。

第三下坡模式：当本车的当前速度小于低速阈值时，控制本车进行先加速再减速。

具体地，在本实施例中，如果本车当前处于减速或匀速状态，同时，本车的当前速度小于低速阈值，说明本车当前速度太慢，应该先加速再减速。为此，本实施例先确定开始减速时的启动减速度a _expect，以便较好地规划本车应该加速到哪个时间点开始减速，一方面为了保证车辆的全路径行驶速度尽可能高，另一方面保证车辆的速度和加速度变化次数最少，提高驾乘舒适度。需要注意的是，启动减速度a _expect应该略小于标准减速度a _const，这样可以使本车加速时既贴近限速曲线，又不至于超过限速曲线，从而本实施例取初始启动减速度a _{expect_raw}=0.75a _const。

由于初始启动减速度a _{expect_raw}可能小于预设的最大减速度a _min，所以启动减速度取初始启动减速度和最大减速度中的较大值。

a _expect= max(a _{expect_raw},a _min)

然后开始速度规划具体流程：

1.随着时间从0秒增加到t _max（例如7秒），计算后续每隔0.1秒对应的速度信息。如前，在第0秒的时候加速度是a ₀，则时刻t的加速度为a _t,raw=a ₀+j _max t，j _max表示加加速度。由于加速度不能超过最大加速度a _max，因此取时刻t的加速度为a _t=min(a _t,raw,a _max)。从另外一个角度来说，可以确定加加速度起作用的时间长度为t _jerk=(a _max-a ₀)/j _max：即当t≤t _jerk时，加加速度为j _max；t>t _jerk时，加加速度为0m/s³。

2.在第1步加速的过程中，同时从0时刻开始估算每个时刻t _k需要多长时间将速度降到第二限速端值v _const2以及本车的位移s _estimate。估算方式为：假设车辆从时刻t _k开始以减减速度j _min将加速度降为a _expect，然后再以a _expect做匀减速运动直至速度降为v _const2，得到本车的位移s _estimate。本步骤估算过程的运动模型与第三匀速模式相同。

3.如果估算的本车位移s _estimate满足s _estimate<s _thb-ε，s _thb表示限速曲线从第一限速端值到第二限速端值对应的距离值，ε是预设余量参数，则说明车辆速度降到v _const2时还没有到达s _thb，当车辆到达s _thb时，车速会小于v _const2，因此可以让车辆继续加速度到t _k+1再重新估算，返回步骤2。

4.如果估算的本车位移s _estimate满足s _thb-ε≤s _estimate<s _thb，则说明车辆到达s _thb时，速度小于但是非常接近v _const2，因此车辆加速到时刻t _k再开始减小加速度是合适的时刻。故输出时刻t _k，从时刻t _k开始，采用第三匀速模式的规划策略进行后续速度规划。

5.如果估算的本车位移s _estimate满足s _estimate>s _thb，则说明车辆到达s _thb时速度将大于v _const2，因此车辆只能加速到时刻t _k-1便应该开始减小加速度。故输出时刻t _k-1，从时刻t _k-1开始，采用第三匀速模式的规划策略进行后续速度规划。

通过上述步骤，即可从各个时刻t _k中确定车辆开始减速时的最佳时间t _best，进而按照t _best对车辆进行速度规划，控制车辆先加速再减速。

步骤十八：若本车当前处于加速状态，通过如下第四下坡模式或第五下坡模式进行速度规划。

第四下坡模式：当本车的当前速度大于等于高速阈值时，通过第二下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。

第五下坡模式：当本车的当前速度小于高速阈值时，通过第三下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。

具体地，如果本车当前处于加速状态，为防止车速超过限制速度，采用高度阈值v _high作为是否应该开始减小加速度的分界线。需要注意的是，本实施例采用高速阈值v _high而非低速阈值v _low作为分界线是为了防止车辆频繁地在增大和减小加速度这两个状态之间切换，因为在第二下坡模式中，已经定义了如果车辆的当前速度小于v _low，则开始增大加速度。从而在本实施例中，当本车的当前速度大于等于高速阈值v _high时，说明初始速度已经较大，为防止超速，应开始缓和地减速，直接跳转到第二下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。当本车的当前速度小于高速阈值v _high时，说明本车还可以进行一定程度的加速，直接跳转第三下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。

具体地，在一实施例中，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为匀速模式加下坡模式加匀速模式，本发明实施例提供的一种基于限速信息的车辆速度规划方法还包括如下步骤：

步骤十九：估算本车在减速过程中的车辆行驶距离d _proper。

步骤二十：计算理论最佳减速位置s _{proper_raw}，其中s _{proper_raw}=s _th2-d _proper，s _th2表示第二限速端值在路径上的位移。

步骤二十一：计算最佳开始减速位置s _proper，其中s _proper= min(s _{proper_raw},s _th1)，s _th1表示第一限速端值在路径上的位移。

步骤二十二：当本车位移s<s _proper时，利用第一限速端值代替匀速模式中的匀速限速值，并采用匀速模式对本车进行速度规划；当本车位移s≥s _proper时，采用下坡模式对本车进行速度规划。

具体地，当从匀速模式变为下坡模式再变为匀速模式时，本发明实施例将这一特殊情况定义为梯形模式。为了尽可能简化速度规划的逻辑，这里利用上述实施例中已提供的速度策略，即将梯形模式的速度规划分解为匀速模式和下坡模式的组合速度规划。如图7所示，速度规划的最终目的是车辆到达第二限速端值在路径上的位移s _th2时，速度应降到第二限速端值v _const2，假设车辆的速度从第一限速端值v _const1减到v _const2需要行驶的距离是d _proper，如果能计算出d _proper的实际长度，则控制车辆从位置s _th2-d _proper开始减速，能够显著减少车辆速度和加速度的波动次数，提高驾乘舒适感。

基于此，本实施例首先假设车辆起初以速度第一限速端值v _const1、加速度0m/s²的状态行驶，在这一过程中，车辆以减减速度j _min将加速度降为预设最大减速度a _min，然后再做匀减速运动直到速度降为v _const2。对于这一假设过程，本实施例估算整个减速过程中车辆行驶的距离作为d _proper，从而得到车辆在位置s _th2-d _proper开始减速最佳，记理论最佳减速位置是s _{proper_raw}=s _th2-d _proper。由于s _{proper_raw}可能大于第一限速端值在路径上的位移s _th1，从而车辆的最佳开始减速位置取s _{proper_raw}和s _th1中的较小位置

s _proper= min(s _{proper_raw},s _th1)

之后，根据估算得到的最佳减速位置s _proper，当本车位移s<s _proper时，采用匀速限速模式的速度规划方法（且用第一限速端值v _const1代替匀速模式中的匀速限速值v _const）；当本车位移s≥s _proper时，采用下坡模式的速度规划方法，起到了显著减少车辆速度和加速度的波动次数，提高驾乘舒适感的效果。

通过上述步骤，本申请提供的技术方案，具有如下优点：

本申请提供的技术方案，在每个速度规划周期开始时，首先在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；之后基于路径的限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；然后基于本车前方的障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；之后通过各个路径点的最新限速值，连接绘制在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；最后基于限速曲线对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度贴近于限速曲线；经过当前速度规划周期之后，本周期规划结束，返回第一个步骤重新在本车前方的预设长度路段上设置多个路径点，进入下一个速度规划周期。通过上述步骤，使得车辆的全局速度紧密贴近限速曲线，而限速曲线在路径的每个点呈现平稳变化的效果，从而车辆能够在保持最大速度行驶的同时，车辆速度几乎不会发生瞬时陡增与陡减的情况，能够显著提高驾乘人员的舒适度。

此外，本发明实施例提供的速度规划方法时间复杂度低：生成限速信息的时间复杂度为O(n _s n _{static_obs}+n _s n _{moving_obs} k _{moving_obs})，速度规划的时间复杂度为O(n _s ²)，其中n _s为路径点的数量，n _{static_obs}为静态障碍物的个数，n _{moving_obs}为穿行/逆行障碍物的个数，k _{moving_obs}为估算本车与移动障碍物的相撞点时，需要顾及的障碍物在前后一定时间范围内位置的数量。另外，本发明实施例提供的速度规划方法可扩展性强，只需将新的需求表达为限速点，然后与原有的限速点进行合并即可满足新需求。

如图8所示，本实施例还提供了一种基于限速信息的车辆速度规划装置，装置包括：

路径点模块101，用于在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。

限速配置模块102，用于读取当前路径的限速要求信息，并基于限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。

限速更新模块103，用于获取本车前方的障碍物信息，并基于障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。

限速曲线模块104，用于通过各个路径点的最新限速值，生成在预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述，在此不再进行赘述。

速度规划模块105，用于对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照限速曲线进行变化。详细内容参见上述方法实施例中步骤S105的相关描述，在此不再进行赘述。

规划周期跳转模块106，用于当经过当前速度规划周期之后，返回在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期。详细内容参见上述方法实施例中步骤S106的相关描述，在此不再进行赘述。

本发明实施例提供的基于限速信息的车辆速度规划装置，用于执行上述实施例提供的基于限速信息的车辆速度规划方法，其实现方式与原理相同，详细内容参见上述方法实施例的相关描述，不再赘述。

图9示出了本发明实施例的一种域控制器，该域控制器至少包括感知处理单元901、决策处理单元902、控制处理单元903和通信单元904，其中感知处理单元901、决策处理单元902、控制处理单元903和通信单元904之间可以通过总线或者其他方式互相通信连接，图9中以总线方式为例。

在本实施例中，感知处理单元901和决策处理单元902分别包括独立的处理器，感知处理单元901和决策处理单元902可以分别包括独立的存储器，也可以使用共享的存储器。

在本发明实施例中，感知处理单元901主要应用于工程机械场景，主要作用为对传感器数据进行感知融合处理，得到当前工程机械所处环境的环境信息，然后根据环境信息信号的数据类型将环境信息发送至控制处理单元903或者决策处理单元902。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。感知处理单元901通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

决策处理单元902的作用为：结合周边环境、作业场景、车辆状态等信息融合之后，制定驾驶或作业策略，最终发出控制命令。

控制处理单元903的主要作用为：通信协议转换（CAN、以太网、LIN等）、AD转换（传感器输入）、DA转换（控制驱动）等的不同类型信号之间的转换。例如将激光雷达扫描到的信号转换为点云数据，控制处理单元903可以是美国德州仪器TI芯片TDA4VM的MCU、以色列Mobileye公司EyeQ系列芯片的MCU、日本瑞萨R-CAR芯片R-CAR H3的MCU、中国地平线公司征程系列芯片的MCU等。

通信单元904的主要作用为：进行无线通信，通信方式包括但不限于5G/4G网络通信、Wi-Fi通信、卫星通信，与云端服务器进行通信，其主要作用为：将设备相关状态以及信息上传到云端服务，请求云端服务器协助计算处理，也可以通过云端服务器下载数据，对控制器进行OTA软件升级；与附近的设备通信，可以接收其他设备的状态，协同完成作业任务。控制模块的通信单元110可以为5G模组、Wi-Fi模组、蓝牙模组等。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于限速信息的车辆速度规划方法，其特征在于，所述方法包括：

在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；

读取当前路径的限速要求信息，并基于所述限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；

获取本车前方的障碍物信息，并基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；

通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；

对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照所述限速曲线进行变化；

当经过当前速度规划周期之后，返回所述在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期；

所述基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值，包括：

当所述障碍物信息表示本车前方具有静态障碍物时，计算能够使本车停止在静态障碍物前第一预设距离位置的各个路径点对应的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有穿过本车路径的穿行障碍物时，估算本车与所述穿行障碍物的穿行相撞点，并将所述穿行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有逆行障碍物时，估算本车与所述逆行障碍物的逆行相撞点，并将所述逆行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有需要跟车的跟车障碍物时，确定最小跟车距离和最大跟车距离；

当本车与所述跟车障碍物的距离在所述最小跟车距离和所述最大跟车距离之间时，通过下式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

为车辆正常行驶时的预设最大减速度，/>

为当前参与计算最新限速值的路径点到跟车障碍物的距离，v _follow等于所述跟车障碍物的行驶速度；

当本车与所述跟车障碍物的距离小于所述最小跟车距离时，通过如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，c _times是大于1的预设缩放参数；

当本车与所述跟车障碍物的距离大于所述最大跟车距离时，采用如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

表示所述最大跟车距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估算本车与所述穿行障碍物的穿行相撞点，包括：

估算本车以当前速度匀速行驶到达前方任意位置的各个到达时刻；

基于所述穿行障碍物的行驶轨迹，从本车当前位置开始逐个测试在前方某个位置本车是否会与所述穿行障碍物相撞，并将测试得到的第一个相撞位置作为所述穿行相撞点；

其中，每次测试的步骤包括：

从各个所述到达时刻中提取本车到达当前测试位置的目标到达时刻；

若所述穿行障碍物在所述目标到达时刻的前后预设秒经过当前测试位置，则将所述当前测试位置作为相撞位置；

若所述穿行障碍物在所述目标到达时刻与所述当前测试位置的距离在第二预设距离内，则将所述当前测试位置作为相撞位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线，包括：

以所述预设长度路段上延伸的距离为横轴，并以最新限速值为纵轴，基于各个路径点的最新限速值连接生成限速曲线；

对所述限速曲线中速度下降的曲线部分，利用速度开始下降端点和速度停止下降端点连接而成的线段进行替换；

对所述限速曲线中速度上升的曲线部分，利用速度开始上升端点到速度停止上升端点的阶跃曲线进行替换；

识别调整后的限速曲线的形状，并基于识别的形状将所述限速曲线划分为匀速模式、阶跃模式、下坡模式三种限速模式，其中匀速模式表征限速值不变的直线部分，所述阶跃模式表征从一个匀速限速值跳变为另一个匀速限速值的部分，所述下坡模式表示从一个限速值线性下降到另一个限速值的直线部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为匀速模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：

第一匀速模式：当本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度等于0，则规划本车在未来预设时间段内各个时刻的速度都为所述匀速限速值，并将本车在未来预设时间段内各个时刻的加速度都规划为0；

第二匀速模式：当本车的当前速度小于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度小于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀提高进行变加速行驶；当本车的加速度提高到预设最大加速度时，控制本车以所述预设最大加速度进行匀加速行驶，直至本车的速度达到v _const-v _gap，其中v _const表示所述匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const-v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _max(v _const-v _w-1)/v _gap进行变加速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _max表示所述预设最大加速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度；

第三匀速模式：当本车的当前速度大于匀速限速值，或者本车的当前速度等于匀速限速值且本车的当前加速度大于0，则控制本车在未来预设时间段内按照加速度均匀减小进行变减速行驶；当本车的加速度减小到预设最大减速度时，控制本车以所述预设最大减速度进行匀减速行驶，直至本车的速度达到v _const+v _gap，其中v _const表示所述匀速限速值，v _gap表示预设速度间隔参数；当速度到达v _const+v _gap后，控制本车在未来预设时间段的各个剩余时刻，按照加速度a _w=a _min(v _w-1-v _const)/v _gap进行变减速行驶，其中a _w表示本车当前时刻的加速度，a _min表示所述预设最大减速度，v _w-1表示本车上一时刻的速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为阶跃模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：

从各个路径点中确定限速值发生阶跃变化的阶跃路径点；

在所述阶跃路径点之前，基于阶跃前的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划；

在所述阶跃路径点之后，基于阶跃后的匀速限速值对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行匀速模式规划。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为下坡模式，则所述对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，包括：

确定第一限速端值和第二限速端值，所述第一限速端值是限速曲线开始减速的端点对应的限速值，所述第二限速端值是限速曲线停止减速的端点对应的限速值；在所述第一限速端值和所述第二限速端值之间分别取高速阈值和低速阈值，用于表征本车的速度高低情况；计算从第一限速端值减速到所述第二限速端值对应的标准加速度；

若本车当前处于减速或匀速状态，通过如下第一下坡模式、第二下坡模式或第三下坡模式进行速度规划；

第一下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述第一限速端值时，通过如下公式计算第一减速度

a _{start_const2} = max(a _{start_const2_raw} , a _min)

a _{start_const2_raw} = (v _const2+v ₀)(v _const2-v ₀)/(2s _thb)

式中，a _{start_const2}表示所述第一减速度，v _const2表示所述第二限速端值，v ₀表示本车的当前速度，s _thb表示限速曲线从第一限速端值到第二限速端值对应的距离值，a _min表示所述预设最大减速度，a _{start_const2_raw}表示第一初始减速度；

利用所述第一减速度和所述第二限速端值分别替换所述第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划；

第二下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述低速阈值且小于所述第一限速端值时，通过如下公式计算第二减速度

a _suitable= max(a _{suitable_raw} , a _min)

a _{suitable_raw} = a _const(v ₀ - v _low)/(v _const1 - v _low)

式中，v ₀表示本车的当前速度，v _low表示所述低速阈值，v _const1表示所述第一限速端值，a _const表示所述标准加速度，a _min表示所述预设最大减速度，a _suitable表示所述第二减速度，a _{suitable_raw}表示第二初始减速度；

利用所述第二减速度和所述第二限速端值分别替换所述第三匀速模式中的预设最大减速度和匀速限速值，并通过参数替换后的第三匀速模式对本车在未来预设时间段内的加速度和速度进行规划；

第三下坡模式：当本车的当前速度小于所述低速阈值时，控制本车进行先加速再减速；

若本车当前处于加速状态，通过如下第四下坡模式或第五下坡模式进行速度规划；

第四下坡模式：当本车的当前速度大于等于所述高速阈值时，通过所述第二下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划；

第五下坡模式：当本车的当前速度小于所述高速阈值时，通过所述第三下坡模式对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行规划。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若在未来预设时间段内，本车前方路径的各个路径点对应的限速模式为匀速模式加下坡模式加匀速模式，所述方法还包括：

估算本车在减速过程中的车辆行驶距离d _proper；计算理论最佳减速位置s _{proper_raw}，其中s _{proper_raw}=s _th2-d _proper，s _th2表示第二限速端值在路径上的位移；

计算最佳开始减速位置s _proper，其中s _proper = min(s _{proper_raw}, s _th1)，s _th1表示第一限速端值在路径上的位移；

当本车位移s < s _proper时，利用第一限速端值代替匀速模式中的匀速限速值，并采用匀速模式对本车进行速度规划；当本车位移s≥ s _proper时，采用下坡模式对本车进行速度规划。

8.一种基于限速信息的车辆速度规划装置，其特征在于，所述装置包括：

路径点模块，用于在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点；

限速配置模块，用于读取当前路径的限速要求信息，并基于所述限速要求信息为各个路径点赋予初始限速值；

限速更新模块，用于获取本车前方的障碍物信息，并基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值；

限速曲线模块，用于通过各个路径点的最新限速值，生成在所述预设长度路段上随着距离延伸而限速值连续变化的限速曲线；

速度规划模块，用于对未来预设时间段内本车的加速度和速度进行综合规划，以使本车的速度在未来预设时间段内按照所述限速曲线进行变化；

规划周期跳转模块，用于当经过当前速度规划周期之后，返回所述在本车前方路径的预设长度路段上等间隔设置多个路径点的步骤，进入下一个速度规划周期；

所述基于所述障碍物信息更新各个路径点的初始限速值，得到各个路径点的最新限速值，包括：

当所述障碍物信息表示本车前方具有静态障碍物时，计算能够使本车停止在静态障碍物前第一预设距离位置的各个路径点对应的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有穿过本车路径的穿行障碍物时，估算本车与所述穿行障碍物的穿行相撞点，并将所述穿行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有逆行障碍物时，估算本车与所述逆行障碍物的逆行相撞点，并将所述逆行相撞点视为静态障碍物计算本车前方各个路径点的最新限速值；

当所述障碍物信息表示本车前方具有需要跟车的跟车障碍物时，确定最小跟车距离和最大跟车距离；

当本车与所述跟车障碍物的距离在所述最小跟车距离和所述最大跟车距离之间时，通过下式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

为车辆正常行驶时的预设最大减速度，/>

为当前参与计算最新限速值的路径点到跟车障碍物的距离，v _follow等于所述跟车障碍物的行驶速度；

当本车与所述跟车障碍物的距离小于所述最小跟车距离时，通过如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，c _times是大于1的预设缩放参数；

当本车与所述跟车障碍物的距离大于所述最大跟车距离时，采用如下公式计算本车前方各个路径点的最新限速值

式中，

表示所述最大跟车距离。

9.一种域控制器，其特征在于，包括：感知处理单元、决策处理单元、控制处理单元和通信单元，所述感知处理单元、所述决策处理单元、所述控制处理单元和所述通信单元之间互相通信连接，所述决策处理单元中存储有计算机指令，所述决策处理单元通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

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