车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.在自动驾驶领域，为了将复杂的规划问题进行降维和简化，目前普遍的做法是将横向规划和纵向规划问题进行解耦来分别单独进行求解。其中，纵向规划的方法主要分为三种，第一种是固定速度曲线构造的方式，常用的速度曲线有s型曲线、梯形曲线等。第二种是基于采样的方式，经典的有在状态空间采样的lattice(格密码)方法，以及控制空间采样的dwa(机器人规划)方法。第三种是基于数值优化的方法，通过对纵向问题进行建模，建立目标函数和约束条件，然后构造二次规划问题来求解最优的速度轨迹。
3.在传统纵向规划的三种方法中，固定速度曲线构造的方法虽然算法简单，计算量较小，但是该方法只能处理泊车等相对简单的行驶场景，无法处理复杂的交通场景。另外，基于采样的方法需要采样空间中的大量采样点，该方法最终达到的性能与采样点的密度有直接关系，即采样点的密度越大，产生最优轨迹的概率就越大，因此该方法的优势是可以清晰地建立选择轨迹的代价系统，并且能够稳定输出在当前代价系统下的最优轨迹。但是，该方法在大量采样的同时需要消耗大量的算力并且需要一定经验和大量的调试工作来构建轨迹的代价系统。基于数值优化的方法通常是构建目标为jerk(加速度变化率)最优的凸优化问题，该方法根据运动学边界约束求解最优的速度曲线，并在使用过程中往往结合搜算的方法一起使用，例如百度的apollo(携程框架部门研发的开源配置管理中心)的em planner(em规划器)在纵向规划中会使用dp(决策)和qp(规划、优化曲线)结合的方式，搜索算法在该方法中主要用于提供决策信息。
4.传统的纵向规划方法在机器人领域和自动驾驶的乘用车领域均被广泛使用，通常被控对象的纵向延迟较低，纵向控制器能够较好的进行速度闭环和位置闭环，甚至可以做到加速度、速度以及位置的三重闭环。但是对于高延迟的纵向系统，比如卡车等具有高延迟属性的被控对象，如果从速度维度来进行规划，控制系统较难及时跟踪规划的速度和位移。另外，由于卡车本身存在不可控区域，导致自动驾驶过程中卡车纵向控制较不稳定，进而降低了纵向采样轨迹的合理性。
5.综上所述，传统的纵向规划方法在具有高延迟属性的被控对象中可控性较差。


技术实现要素：

6.本发明提供一种车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中纵向控制在具有高延迟属性的被控对象可控性较差的缺陷，实现对高延迟属性被控对象的稳定控制。
7.本发明提供一种车辆速度规划方法，所述方法包括：
8.获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状
态；
9.根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；
10.对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；
11.根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
12.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述获取目标车辆的状态空间，包括：
13.通过对所述目标车辆的当前状态进行辨识，获取目标车辆的轨迹路径和所述轨迹路径上的坡度信息；
14.根据所述轨迹路径和坡度信息获取目标车辆在总路程中不同时间的多个状态空间。
15.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述第一加速度包括目标车辆的滑行加速度和行驶加速度，所述根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，之后包括：
16.根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆当前的滑行加速度和行驶加速度的边界值；
17.以所述行驶加速度和滑行加速度为目标车辆的初始加速度并根据所述行驶加速度和滑行加速度在状态空间中随时间的变化获取所述第一加速度曲线。
18.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，包括：
19.根据所述目标车辆当前的行驶加速度上限边界值和滑行加速度获取目标车辆的加速度区间，所述加速度区间包括第一加速度范围和第二加速度范围；
20.根据所述第一加速度范围和第二加速度范围获取目标车辆的加速度集合；
21.通过三次曲线连接目标车辆的当前加速度和所述加速度集合中的加速度，得到所述第一加速度曲线；
22.其中，所述第一加速度范围为目标车辆的油门踏板对应的加速度范围，所述第二加速度范围为目标车辆的刹车踏板对应的加速度范围。
23.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述状态空间分为第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间，所述第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间位于同一规划周期，且所述第一状态空间和第二状态空间之间具有第一时间步长，所述第二状态空间与所述第三状态空间之间具有第二时间步长，所述规划周期中具有多个时间步长，所述对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，包括：
24.通过对所述状态空间进行栅格划分，获取目标车辆在同一时间处于所述第一状态空间的加速度，并对所述加速度对应的加速度曲线进行代价评估，以获取第二状态空间中的最优加速度；
25.通过将所述最优加速度作为目标车辆在所述第二时间步长起点的初始加速度，再次通过代价评估获取目标车辆在所述第三状态空间的最优加速度，以实现对目标车辆的状
态剪枝。
26.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述根据所述第二加速度与所述第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，包括：
27.获取目标车辆的第二加速度曲线，所述第二加速度曲线的起点为目标车辆在所述第一时间步长或第二时间步长起点处的最优加速度；
28.根据所述第一时间步长或第二时间步长对所述第二加速度曲线进行时间积分，以获取目标车辆的速度曲线和纵向位移曲线；
29.其中，所述第一时间步长的终点为所述第二时间步长的起点。
30.根据本发明提供的一种车辆速度规划方法，所述方法还包括：
31.当所述目标车辆具有不可控区域时，获取目标车辆的第三加速度，所述第三加速度为目标车辆在所述不可控区域边界的加速度；
32.获取第四加速度，所述第四加速度为目标车辆在所述不可控区域内的滑行加速度；
33.根据所述第三加速度和第四加速度生成所述目标车辆的在所述不可控区域的速度规划轨迹。
34.本发明还提供一种车辆速度规划装置，所述装置包括：
35.状态获取模块，用于获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；
36.加速度采样模块，用于根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；
37.代价评估模块，用于对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；
38.轨迹生成模块，用于根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
39.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的车辆速度规划方法。
40.本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的车辆速度规划方法。
41.本发明提供的车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取目标车辆的初始状态和运动状态，并根据目标车辆的初始状态和运动状态获取目标车辆的初始加速度，进而基于目标车辆的初始加速度及其运动状态构建目标车辆在相邻状态空间之间的加速度曲线，并对构建的加速度曲线进行代价评估，得到相应的最优加速度。最后根据目标车辆的初始加速度和最优加速度生成相应的纵向轨迹束，并通过该纵向轨迹束获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。该方法通过对不同的状态空间的划分，结合目标车辆的运动特性，并通过相邻状态空间速度规划轨迹的拼接，生成较合理的速度规划轨迹，在一定程度上增加了纵向规划轨迹的灵活性，使得车辆速度规划轨迹更加丰富，增强了控制具有高延迟属性的被控对象的稳定性。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之一；
44.图2是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之二；
45.图3是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之三；
46.图4是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之四；
47.图5是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之五；
48.图6是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之六；
49.图7是本发明提供的车辆速度规划方法的流程示意图之七；
50.图8是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的最优轨迹算法流程示意图；
51.图9是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的系统操作流程示意图；
52.图10是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的加速度采样过程示意图；
53.图11是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的自动驾驶卡车不可控区域(死区)示意图；
54.图12是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法地避开死区的加速度采样过程示意图；
55.图13是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的规划周期多层采样过程示意图；
56.图14是本发明提供的具体实施例中车辆速度规划方法的不同规划周期纵向轨迹拼接过程示意图；
57.图15是本发明提供的车辆速度规划装置的结构示意图；
58.图16是本发明提供的电子设备的结构示意图。
59.附图标记：
60.1510：状态获取模块；1520：加速度采样模块；1530：代价评估模块；1540：轨迹生成模块；1610：处理器；1620：通信接口；1630：存储器；1640：通信总线。
具体实施方式
61.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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例，都属于本发明保护的范围。
62.下面结合图1-图16描述本发明的车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质。
63.如图1所示，在一个实施例中，一种车辆速度规划方法，包括以下步骤：
64.步骤s110，获取目标车辆的状态空间，状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态。
65.具体地，车载计算设备或服务器端在自动驾驶过程中获取目标车辆在同一状态空间中同一时间的初始状态和运动状态。
66.其中，初始状态为目标车辆在同一状态空间所在时间步长起点处的初始加速度，该初始加速度包括滑行加速度、加速度最大值、加速度最小值以及该时间步长前一个时间步长终点的最优加速度，运动状态为目标车辆在该状态空间所在时间步长内的加速度随时间的变化状态，即目标车辆在该时间步长内多个时刻对应的加速度值。
67.步骤s120，根据初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线。
68.具体地，车载计算设备或服务器端根据目标车辆在同一状态空间所在时间步长起点处的加速度以及该时间步长内目标车辆加速度随时间的变化构建第一加速度曲线，第一加速度曲线的起点为时间步长起点的初始加速度或该时间步长的前一个时间步长终点的最优加速度，第一加速度曲线的曲线部分即为目标车辆的加速度在该时间步长内随时间的变化，即目标车辆在该时间步长内多个时刻对应的加速度值构成的曲线。车载计算设备或服务器端结合目标车辆的运动状态即可获取目标车辆在相邻状态空间之间的多个加速度随时间变化的曲线。
69.其中，在速度采样过程中，在同一时间的同一状态空间中选取多个目标车辆的初始加速度，每个初始加速度均具有多个随时间变化的曲线，曲线的终点位于与该状态空间相邻的下一个状态空间中。
70.步骤s130，对第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度。
71.具体地，车载计算设备或服务器端对步骤s120中得到的加速度曲线进行代价评估，以获取目标车辆在相应状态空间中的最优加速度。
72.其中，目标车辆在相应状态空间中的最优加速度位于最优加速度曲线上，最优加速度曲线的起点为与该状态空间相邻的前一个状态空间中的初始加速度，通过重复对相邻状态空间之间加速度曲线进行代价评估可以剔除不同状态空间中最优加速度以外的加速度样本点及其对应的加速度曲线，达到目标车辆状态剪枝的作用。
73.步骤s140，根据第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
74.具体地，车载计算设备或服务器端根据目标车辆的在相邻状态空间的初始加速度与最优加速度生成相应的加速度变化轨迹，并通过该加速度变化轨迹获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
75.其中，目标车辆的最优加速度与初始加速度之间的加速度变化轨迹为目标车辆在相邻状态空间中初始加速度与最优加速度之间的曲线，且相邻状态空间之间具有时间间隔。
76.上述车辆速度规划方法，通过获取目标车辆的初始状态和运动状态，并根据目标车辆的初始状态和运动状态获取目标车辆的初始加速度，进而基于目标车辆的初始加速度及其运动状态构建目标车辆在相邻状态空间之间的加速度曲线，并对构建的加速度曲线进行代价评估，得到相应的最优加速度。最后根据目标车辆的初始加速度和最优加速度生成
相应的纵向轨迹束，并通过该纵向轨迹束获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。该方法通过对不同的状态空间的划分，结合目标车辆的运动特性，并通过相邻状态空间速度规划轨迹的拼接，生成较合理的速度规划轨迹，在一定程度上增加了纵向规划轨迹的灵活性，使得车辆速度规划轨迹更加丰富，增强了控制具有高延迟属性的被控对象的稳定性。
77.如图2所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，获取目标车辆的状态空间，包括以下步骤：
78.步骤s112，通过对目标车辆的当前状态进行辨识，获取目标车辆的轨迹路径和轨迹路径上的坡度信息。
79.具体地，车载计算设备或服务器端通过对目标车辆的当前状态进行辨识，获取目标车辆的轨迹路径和该轨迹路径上相应的坡度信息。
80.其中，轨迹路径为目标车辆行驶的路况，坡度信息为相应路况上的路面坡度倾斜角度，便于后续对死区和滑行加速度的采样。
81.步骤s114，根据轨迹路径和坡度信息获取目标车辆在总路程中不同时间的多个状态空间。
82.具体地，车载计算设备或服务器端根据步骤s112中得到的轨迹路径和坡度信息获取目标车辆在总路程中不同时刻的多个状态空间，便于对目标车辆在不同状态空间中的加速度采样。
83.如图3所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，根据初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，之后包括以下步骤：
84.步骤s310，根据初始状态和运动状态获取目标车辆当前的滑行加速度和行驶加速度的边界值。
85.具体地，车载计算设备或服务器端根据目标车辆的初始状态和运动状态获取目标车辆的当前滑行加速度和正常行驶加速度的边界值。
86.其中，第一加速度包括目标车辆的行驶加速度和滑行加速度，车载计算设备或服务器端通过对目标车辆的状态进行辨识，获取目标车辆的状态信息，不论目标车辆当前处于不可控的滑行还是可控的正常行驶，均可通过获取目标车辆当前的滑行加速度和正常行驶时的加速度的边界值实现对加速度变化曲线的构建，实现对目标车辆的稳定控制。
87.步骤s320，以行驶加速度和滑行加速度为目标车辆的初始加速度并根据行驶加速度和滑行加速度在状态空间中随时间的变化获取第一加速度曲线。
88.具体地，车载计算设备或服务器端以目标车辆同一时间在同一状态空间中的正常行驶加速度和滑行加速度作为目标车辆的初始加速度并根据二者在相邻状态空间之间随时间的变化获取相应的加速度曲线。
89.如图4所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，根据初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，包括以下步骤：
90.步骤s122，根据目标车辆当前的行驶加速度上限边界值和滑行加速度获取目标车辆的加速度区间，加速度区间包括第一加速度范围和第二加速度范围。
91.其中，第一加速度范围为目标车辆的油门踏板对应的加速度范围，第二加速度范围为目标车辆的刹车踏板对应的加速度范围。
92.具体地，车载计算设备或服务器端根据目标车辆当前正常行驶加速度的上限边界值和滑行加速度获取目标车辆的加速度区间，该加速度区间包括目标车辆的油门踏板对应的加速度范围和刹车踏板对应的加速度范围。
93.步骤s124，根据第一加速度范围和第二加速度范围获取目标车辆的加速度集合。
94.具体地，车载计算设备或服务器端根据目标车辆油门踏板加速度范围和刹车踏板加速度范围获取相应的加速度集合。
95.其中，加速度集合为目标车辆的油门踏板加速度范围和刹车踏板加速度范围的并集。
96.步骤s126，通过三次曲线连接目标车辆的当前加速度和加速度集合中的加速度，得到第一加速度曲线。
97.具体地，车载计算设备或服务器端通过三次拟合曲线连接目标车辆的当前加速度和步骤s124中得到的加速度集合中的加速度，得到多个加速度曲线。
98.其中，得到的加速度曲线包括最优加速度曲线和粗略加速度曲线。
99.如图5所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，对第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，包括以下步骤：
100.步骤s132，通过对状态空间进行栅格划分，获取目标车辆在同一时间处于第一状态空间的加速度，并对加速度对应的加速度曲线进行代价评估，以获取第二状态空间中的最优加速度。
101.其中，状态空间分为第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间，第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间位于同一个规划周期，且第一状态空间与第二状态空间之间具有第一时间步长，第二状态空间与第三状态空间之间有第二时间步长。
102.具体地，车载计算设备或服务器端通过对所有的状态空间进行栅格划分，获取目标车辆在同一时间处于同一状态空间的加速度，并对该加速度对应的加速度曲线进行代价评估，以获取目标车辆在与该状态空间相邻的下一个状态空间的最优加速度。
103.需要说明的是，同一状态空间栅格划分后，每个栅格均具有多个加速度样本点，该多个加速度样本点包括最优加速度和粗略加速度，通过对加速度曲线的代价评估可保留最优加速度并剔除粗略加速度。
104.步骤s134，通过将最优加速度作为目标车辆在第二时间步长起点的初始加速度，再次通过代价评估获取目标车辆在第三状态空间的最优加速度，以实现对目标车辆的状态剪枝。
105.具体地，车载计算设备或服务器端通过将步骤s132中得到的最优加速度作为目标车辆在第二状态空间初始位置的起点加速度，并以该最优加速度为起点结合第二时间步长构建相应的加速度变化曲线，再次通过对加速度变化曲线的评估获取第三状态空间对应的最优加速度变化曲线，而粗略加速度则被剔除了，以此重复循环可实现对目标车辆的状态剪枝。
106.如图6所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，根据第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，包括以下步骤：
107.步骤s142，获取目标车辆的第二加速度曲线，第二加速度曲线的起点为目标车辆在第一时间步长或第二时间步长起点处的最优加速度。
108.具体地，车载计算设备或服务器端获取目标车辆在第一状态空间与第二状态空间之间的最优加速度曲线，该最优加速度曲线的起点为上一个时间步长终点对应的第一状态空间栅格中的最优加速度采样点，而上一个时间步长的终点即为当前时间步长的起点。
109.步骤s144，根据第一时间步长或第二时间步长对第二加速度曲线进行时间积分，以获取目标车辆的速度曲线和纵向位移曲线。
110.具体地，车载计算设备或服务器端根据不同状态空间中相应的时间步长对相应的最优加速度曲线进行时间积分，以获取目标车辆在状态空间之间的速度曲线和纵向位移曲线。
111.其中，速度曲线为相应加速度曲线一次积分后的曲线，纵向位移曲线为相应加速度曲线二次积分后的曲线。
112.如图7所示，在一个实施例中，本发明提供的车辆速度规划方法，还包括以下步骤：
113.步骤s710，当目标车辆具有不可控区域时，获取目标车辆的第三加速度，第三加速度为目标车辆在不可控区域边界的加速度。
114.具体地，当目标车辆具有不可控区域时，车载计算设备或服务器端获取目标车辆在不可控区域边界对目标车辆的加速度进行采样。
115.步骤s720，获取第四加速度，第四加速度为目标车辆在不可控区域内的滑行加速度。
116.具体地，车载计算设备或服务器端获取目标车辆在不可控区域内的滑行加速度，即目标车辆在不可控区域内的加速度以滑行加速度计。由于不可控区域按照滑行加速度计，使得该方法具有通用性，实现对目标车辆的稳定控制。
117.其中，不可控区域也可称之为死区，在不可控区域边界为可控区域与死区之间的边界线。
118.步骤s730，根据第三加速度和第四加速度生成目标车辆的在不可控区域的速度规划轨迹。
119.具体地，车载计算设备或服务器端根据步骤s710和步骤s720中得到的目标车辆在不可控区域边界的加速度以及不可控区域内部的滑行加速度在相应状态空间中生成相应的加速度变化曲线。
120.如图8所示，在具体的实施例中，一种车辆速度规划方法，通过结合当前卡车的初始状态和运动状态，对卡车的初始加速度进行采样，实现对其加速能力的边界实时进行采样规划，并通过对油门响应范围和刹车响应范围所对应的加速度分别采样，以构建更加合理可行的加速度曲线，随后对构建的加速度曲线进行代价评估，以获取该状态空间中的最优加速度曲线，实现状态空间剪枝。以前一个时间步长终点的最优加速度为起点，并重复对卡车在下一个时间步长的加速度进行采样，进而构建加速度曲线，并对该加速度曲线进行代价评估以获取最优加速度，通过该方式实现对纵向规划的分层设计，使得每一层都能够根据当前卡车的动态性能来进行加速度采样的规划，相邻的层与层之间均位于同一个规划周期中，而规划周期中具有多个层，因此，在整个规划周期内能够得到非常丰富且可行的加速度曲线，最后可通过加速度对时间积分的方式来获取相应的纵向轨迹束，通过对纵向轨迹束的评估可获取卡车的纵向最优速度规划轨迹。
121.在本实施例中，结合图9所示，首先需要通过控制系统根据卡车对行驶路况的预
测、感知以及高精地图对卡车当前的行驶状态进行辨识，并通过规划模块获取卡车的轨迹和对应轨迹路径上的坡度信息，以及油门踏板和刹车踏板对应的卡车状态，然后结合卡车的初始状态和运动状态得到卡车当前的滑行加速度和卡车当前所能执行的加速度上下边界值，随后将当前卡车的动态特性输入到规划模块。
122.对卡车的纵向加速度采样的过程中根据时间进行多层划分，参见图10所示，以时间层(horizon)为横坐标，加速度(acc)为纵坐标，每一层均具有一个时间不长，时间步长的起点为一个状态空间，时间步长的终点为另一个状态空间，两个状态空间所对应的时间分别为t1和t2，且位于同一个规划周期。t1处对应的加速度为一个状态空间的初始加速度，该初始加速度中包括卡车在t1时刻的最大加速度(max_acc)和最小加速度(min_acc)区间内的加速度集合该集合中还具有卡车的当前加速度(cur_acc)和滑行加速度(coase_acc)。t2处对应的加速度为该状态空间终点处的加速度，该加速度包括卡车在t2时刻的最大加速度与最小加速度区间内的加速度集合，该加速度集合中包括卡车在t2时刻的当前加速度和滑行加速度。
123.在自动驾驶卡车的过程中，除了考虑当前卡车的加速度边界值外，还需要考虑卡车本身存在的不可控区域，该不可控区域称为死区，参见图11所示，阴影部分即为死区(uncontroliable zone)，加速度上限(acc_upper_limit)与加速度下限(acc_lower_limit)之间除死区外，其他区域均为可控区。当规划的加速度落在了死区的范围，控制系统将无法响应规划结果，只能以滑行加速度处理。因此，结合图12所示，本实施例将对采样点进行优化，将目标采样点的区间尽可能避开不可控区域，在死区和死区对应的加速度上边界(coast_acc)和死区下边界(acc_respond_threshold)进行采样，同时在死区内保留一个加速度采样点用以生成滑行的纵向规划曲线。
124.由于将整个规划周期按照一定时间步长进行多层划分，使得每一层都将根据该时间步长的起始位置的加速度和终止位置的加速度构建加速度曲线，为了避免该过程导致曲线呈指数增加进而导致算力负荷增大，则按照一定步长或者比例对纵向状态空间(包括纵向位移s、纵向速度v和纵向加速度a)来进行栅格划分。参见图13所示，对于在同一时间处于同一状态空间的采样点，即时间层1、时间层2和时间层3三个状态空间的加速度采样，并根据加速度采样构建多条加速度曲线，进而对构建的加速度曲线进行代价评估，使得每个状态空间仅保留最优的状态点作为下一层的起始状态，实现状态剪枝，保证后续的采样和曲线构建不会出现指数增加。其中，时间层1与时间层2之间为一个时间步长，即时间层持续时间，若速度规划仅持续到时间层3，则时间层1与时间层3即为一个规划周期，即时间计划范围。最后，对得到的所有加速度曲线进行分层时间积分，进而得到相应时间步长中的速度曲线和纵向位移曲线，可通过对相邻时间步长之间的曲线拼接，进一步获取整个规划周期中的卡车速度规划轨迹。
125.结合图14所示，为了保证卡车的纵向速度规划的前后规划周期的一致性和连续性，在当前帧规划时，会复用上一帧的规划结果，即历史规划中最后一个时间步长中的规划结果，加入到采样的轨迹池中，并将该轨迹粗与重新生成的轨迹簇一起进行评估，选出最优轨迹，即过渡曲线。在复用历史轨迹时，需要对其时间分层(horizon)，因此需要对历史轨迹的末端点重新采样时间步长(deta t)来对齐时间分层(horizon)。引入历史轨迹之后，在轨迹评价中就存在了由当前点重新采样得到的新的采样轨迹簇，以及历史轨迹拼接未来采样
点的一段轨迹簇，如果周围环境没有发生剧烈变化，可通过沿用历史轨迹来确保轨迹的一致性。
126.下面对本发明提供的车辆速度规划装置进行描述，下文描述的车辆速度规划装置与上文描述的车辆速度规划方法可相互对应参照。
127.如图15所示，在一个实施例中，一种车辆速度规划装置，包括状态获取模块1510、加速度采样模块1520、代价评估模块1530、轨迹生成模块1540。
128.状态获取模块1510用于获取目标车辆的状态空间，状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态。
129.加速度采样模块1520用于根据初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线。
130.代价评估模块1530用于对第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度。
131.轨迹生成模块1540用于根据第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
132.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，其状态获取模块1510具体用于：
133.通过对目标车辆的当前状态进行辨识，获取目标车辆的轨迹路径和轨迹路径上的坡度信息。
134.根据轨迹路径和坡度信息获取目标车辆在总路程中不同时间的多个状态空间。
135.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，还包括第一获取模块和第二获取模块。
136.第一获取模块用于根据初始状态和运动状态获取目标车辆当前的滑行加速度和行驶加速度的边界值。
137.第二获取模块用于以行驶加速度和滑行加速度为目标车辆的初始加速度并根据行驶加速度和滑行加速度在状态空间中随时间的变化获取第一加速度曲线。
138.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，其加速度采样模块1520具体用于：
139.根据目标车辆当前的行驶加速度上限边界值和滑行加速度获取目标车辆的加速度区间，加速度区间包括第一加速度范围和第二加速度范围。
140.根据第一加速度范围和第二加速度范围获取目标车辆的加速度集合。
141.通过三次曲线连接目标车辆的当前加速度和加速度集合中的加速度，得到第一加速度曲线。
142.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，其代价评估模块1530具体用于：
143.通过对状态空间进行栅格划分，获取目标车辆在同一时间处于第一状态空间的加速度，并对加速度对应的加速度曲线进行代价评估，以获取第二状态空间中的最优加速度。
144.通过将最优加速度作为目标车辆在第二时间步长起点的初始加速度，再次通过代价评估获取目标车辆在第三状态空间中的最优加速度，以实现对目标车辆的状态剪枝。
145.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，其轨迹生成模块1540具体用于：
146.获取目标车辆的第二加速度曲线，第二加速度曲线的起点为目标车辆在第一时间
步长或第二时间步长起点处的最优加速度。
147.根据第一时间步长或第二时间步长对第二加速度曲线进行时间积分，以获取目标车辆的速度曲线和纵向位移曲线。
148.在本实施例中，本发明提供的车辆速度规划装置，还包括第三获取模块、第四获取模块和第一生成模块。
149.第三获取模块，用于当目标车辆具有不可控区域时，获取目标车辆的第三加速度，第三加速度为目标车辆在不可控区域边界的加速度。
150.第四获取模块，用于获取第四加速度，第四加速度为目标车辆在不可控区域内的滑行加速度。
151.第一生成模块用于根据第三加速度和第四加速度生成目标车辆的在不可控区域的速度规划轨迹。
152.图16示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图16所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1610、通信接口(communications interface)1620、存储器(memory)1630和通信总线1640，其中，处理器1610，通信接口1620，存储器1630通过通信总线1640完成相互间的通信。处理器1610可以调用存储器1630中的逻辑指令，以执行车辆速度规划方法，该方法包括：获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；
153.根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；
154.对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；
155.根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
156.此外，上述的存储器1630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
157.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的车辆速度规划方法，该方法包括：
158.获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；
159.根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状
态空间之间随时间变化的曲线；
160.对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；
161.根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
162.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的车辆速度规划方法，该方法包括：
163.获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；
164.根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；
165.对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；
166.根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。
167.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
168.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
169.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种车辆速度规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。2.根据权利要求1所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述获取目标车辆的状态空间，包括：通过对所述目标车辆的当前状态进行辨识，获取目标车辆的轨迹路径和所述轨迹路径上的坡度信息；根据所述轨迹路径和坡度信息获取目标车辆在总路程中不同时间的多个状态空间。3.根据权利要求1所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述第一加速度包括目标车辆的滑行加速度和行驶加速度，所述根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，之后包括：根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆当前的滑行加速度和行驶加速度的边界值；以所述行驶加速度和滑行加速度为目标车辆的初始加速度并根据所述行驶加速度和滑行加速度在状态空间中随时间的变化获取所述第一加速度曲线。4.根据权利要求3所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，包括：根据所述目标车辆当前的行驶加速度上限边界值和滑行加速度获取目标车辆的加速度区间，所述加速度区间包括第一加速度范围和第二加速度范围；根据所述第一加速度范围和第二加速度范围获取目标车辆的加速度集合；通过三次曲线连接目标车辆的当前加速度和所述加速度集合中的加速度，得到所述第一加速度曲线；其中，所述第一加速度范围为目标车辆的油门踏板对应的加速度范围，所述第二加速度范围为目标车辆的刹车踏板对应的加速度范围。5.根据权利要求1所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述状态空间分为第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间，所述第一状态空间、第二状态空间和第三状态空间位于同一规划周期，且所述第一状态空间和第二状态空间之间具有第一时间步长，所述第二状态空间与所述第三状态空间之间具有第二时间步长，所述规划周期中具有多个时间步长，所述对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，包括：通过对所述状态空间进行栅格划分，获取目标车辆在同一时间处于所述第一状态空间的加速度，并对所述加速度对应的加速度曲线进行代价评估，以获取第二状态空间中的最优加速度；通过将所述最优加速度作为目标车辆在所述第二时间步长起点的初始加速度，再次通
过代价评估获取目标车辆在所述第三状态空间的最优加速度，以实现对目标车辆的状态剪枝。6.根据权利要求5所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述根据所述第二加速度与所述第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，包括：获取目标车辆的第二加速度曲线，所述第二加速度曲线的起点为目标车辆在所述第一时间步长或第二时间步长起点处的最优加速度；根据所述第一时间步长或第二时间步长对所述第二加速度曲线进行时间积分，以获取目标车辆的速度曲线和纵向位移曲线；其中，所述第一时间步长的终点为所述第二时间步长的起点。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的车辆速度规划方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述目标车辆具有不可控区域时，获取目标车辆的第三加速度，所述第三加速度为目标车辆在所述不可控区域边界的加速度；获取第四加速度，所述第四加速度为目标车辆在所述不可控区域内的滑行加速度；根据所述第三加速度和第四加速度生成所述目标车辆的在所述不可控区域的速度规划轨迹。8.一种车辆速度规划装置，其特征在于，所述装置包括：状态获取模块，用于获取目标车辆的状态空间，所述状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态；加速度采样模块，用于根据所述初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以所述第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，所述第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线；代价评估模块，用于对所述第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，所述第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度；轨迹生成模块，用于根据所述第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，所述纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的车辆速度规划方法。10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的车辆速度规划方法。

技术总结
本发明提供一种车辆速度规划方法、装置、电子设备及存储介质，包括：获取目标车辆的状态空间，状态空间中具有目标车辆的初始状态和运动状态。根据初始状态和运动状态获取目标车辆的第一加速度，并以第一加速度为目标车辆的初始加速度构建第一加速度曲线，第一加速度曲线为目标车辆在相邻状态空间之间随时间变化的曲线。对第一加速度曲线进行代价评估，以获取第二加速度，第二加速度为目标车辆在相应状态空间中的最优加速度。根据第二加速度与第一加速度生成目标车辆的纵向轨迹束，纵向轨迹束用于获取目标车辆在相邻状态空间之间的最优速度规划轨迹。该方法使得车辆速度规划轨迹更加丰富，增强了控制具有高延迟属性的被控对象的稳定性。的稳定性。的稳定性。


技术研发人员：张珺涵
受保护的技术使用者：嬴彻星创智能科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/28