用于客车的速度规划算法与装置的制作方法

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1.本发明涉及一种用于客车的速度规划算法与装置，属于速度规划技术领域。

背景技术：

2.自动驾驶车辆在行驶的过程中，需要根据实际路况和场景进行速度规划，以达到车辆自动驾驶时，快速、平稳、安全、精确的达到目标地点。
3.常见的速度规划算法有s型速度规划算法、指数型速度规划算法、梯型速度规划算法。其中，s型速度规划有较高的加减速控制柔性，但其分段较多，计算量较大；指数型速度规划加速度不连续，适合步进电机的速度控制；梯型速度规划运算具有简单、计算量小、响应速度快等优点被广泛使用。
4.例如：期刊为《计算机工程》，期刊号为1000-3428(201)01-00-0，名称为“基于中间速度的智能车辆梯形速度规划方法”的期刊文章，公开了一种基于中间速度的智能车辆梯形速度规划方法，该速度规划方法将障碍物速度纳入车辆的速度规划过程中，并以提出的中间速度量作为速度决策控制的参考量，实现了车辆速度提前规划，保证了规划结果的连续性，提高了规划速度过程的平稳性，解决了面对动态障碍物时速度规划结果存在波动的问题。
5.然而上述速度规划过程中，中间速度的计算过程复杂，导致规划效率低。

技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种用于客车的速度规划算法与装置，用以解决现有方式规划效率低的问题。
7.为实现上述目的，本技术提出了一种用于客车的速度规划算法的技术方案，包括以下步骤：
8.1)获取车辆的当前速度、目标速度、以及目标距离；所述目标速度为障碍物的速度，所述目标距离为车辆与障碍物之间的距离；
9.2)若目标速度大于等于当前速度，则进入步骤3)，若目标速度小于当前速度，则进入步骤4)；
10.3)判断目标速度和最大速度的大小，若目标速度大于等于最大速度，则以最大速度为限制速度，根据最大速度、当前速度以及目标距离确定第一加速度，车辆按照第一加速度加速行驶；若目标速度小于最大速度，则以目标速度为限制速度，根据目标速度、当前速度以及目标距离确定第二加速度，车辆按照第二加速度加速行驶；
11.4)判断当前速度和最大速度的大小，若当前速度大于等于最大速度，则根据当前速度、目标速度以及目标距离确定第一减速度，车辆按照第一减速度减速行驶；若当前速度小于最大速度，则计算中间速度，在目标距离的前半段，根据中间速度、当前速度以及目标距离确定第三加速度，车辆按照第三加速度加速至中间速度，在目标距离的后半段，根据中间速度、目标速度以及目标距离确定第二减速度，车辆按照第二减速度减速行驶；
12.所述中间速度的计算过程为：
13.根据目标距离、当前速度、以及最大加速度确定第一中间速度；所述第一中间速度为车辆以当前速度为初始速度，按照最大加速度行驶至目标距离一半时的速度；
14.根据目标距离、目标速度、以及最大减速度确定第二中间速度；所述第二中间速度为车辆按照最大减速度行驶目标距离一半时达到目标速度下的初始速度；
15.取第一中间速度、第二中间速度以及最大速度的最小值作为最终的中间速度。
16.另外，本技术还提出了一种用于客车的速度规划装置的技术方案，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现用于客车的速度规划算法的技术方案。
17.本发明的用于客车的速度规划算法及装置的技术方案的有益效果是：本发明根据车辆的当前速度、目标速度、以及最大速度进行车辆的速度规划，在目标速度大于等于当前速度时，以目标速度或者最大速度为限制速度进行加速，在目标速度小于当前速度时，根据当前速度和最大速度的大小关系进行速度规划：当前速度大于等于最大速度时，直接减速行驶，当前速度小于最大速度时，计算中间速度，在目标距离的前半段车辆加速至中间速度，目标距离的后半段车辆减速行驶，整体规划过程计算简单，提高了规划效率。
18.进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，第一中间速度的确定过程为：
[0019][0020]
其中，v
mid1
为第一中间速度；v
curr
为当前速度；a
acc_comfor
为最大加速度；s为目标距离。
[0021]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，第二中间速度的确定过程为：
[0022][0023]
其中，v
mid2
为第二中间速度；v
obs
为目标速度；a
dec_comfor
为最大减速度；s为目标距离。
[0024]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，所述第一加速度的确定过程为：计算第一参考加速度，判断第一参考加速度与最大加速度的大小关系，若第一参考加速度≤最大加速度，则第一参考加速度≤第一加速度≤最大加速度；若第一参考加速度＞最大加速度，则第一加速度≤最大加速度；所述第一参考加速度为车辆按照当前速度加速至最大速度行驶目标距离时的加速度。
[0025]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，所述第二加速度的确定过程为：计算第二参考加速度，判断第二参考加速度与最大加速度的大小关系，若第二参考加速度≤最大加速度，则第二参考加速度≤第二加速度≤最大加速度；若第二参考加速度＞最大加速度，则第二加速度≤最大加速度；所述第二参考加速度为车辆按照当前速度加速至目标速度行驶目标距离时的加速度。
[0026]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，所述第一减速度的确定过程为：计算第一参考减速度，判断第一参考减速度与最大减速度的大小关系，若第一参考减速度≤最大减速度，则第一参考减速度≤第一减速度≤最大减速度；若第一参考减速度＞最大减速度，则第一减速度≤最大减速度；所述第一参考减速度为车辆按照当前速度减速至目标速度行驶目标距离时的减速度。
[0027]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，所述第三加速度为：
[0028][0029]
其中，a3为第三加速度；v
mid
为中间速度；v
curr
为当前速度；s为目标距离。
[0030]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，所述第二减速度的确定过程为：计算第二参考减速度，第二参考减速度≤第二减速度≤最大减速度；所述第二参考减速度为在目标距离的后半段，车辆以中间速度减速至目标速度行驶目标距离一半时的减速度。
[0031]
进一步的，上述用于客车的速度规划算法及装置中，最大速度、最大加速度、以及最大减速度均为当前道路下的最大速度、最大加速度、以及最大减速度，当前道路包括直线道路和曲线道路。
附图说明
[0032]
图1是本发明用于客车的速度规划算法的流程图；
[0033]
图2是本发明目标速度大于等于当前速度时，以最大速度为限制速度的速度规划曲线图；
[0034]
图3是本发明目标速度大于等于当前速度时，以目标速度为限制速度的速度规划曲线图；
[0035]
图4是本发明目标速度小于当前速度、且当前速度大于等于最大速度时的速度规划曲线图；
[0036]
图5是本发明目标速度小于当前速度、且当前速度小于最大速度时的速度规划曲线图；
[0037]
图6是本发明用于客车的速度规划装置的结构示意图。
具体实施方式
[0038]
用于客车的速度规划算法实施例：
[0039]
用于客车的速度规划算法的主要构思在于，基于现有技术中速度规划效率低的问题，本发明在确定了当前道路的最大速度、最大加速度、以及最大减速度的基础上，根据车辆的当前速度、目标速度、以及最大速度进行车辆的速度规划，在目标速度大于等于当前速度时，以目标速度或者最大速度为限制速度进行加速，在目标速度小于当前速度时，根据当前速度和最大速度的大小关系进行速度规划：当前速度大于等于最大速度时，直接减速行驶，当前速度小于最大速度时，计算中间速度，在目标距离的前半段车辆加速至中间速度，目标距离的后半段车辆减速行驶，提高了规划效率。
[0040]
具体的，用于客车的速度规划算法如图1所示，包括以下步骤：
[0041]
1)确定当前道路的最大加速度v
max
、最大加速度a
acc_comfor
、以及最大减速度a
dec_comfor
。
[0042]
本步骤中，道路包括直线道路和曲线道路，其中：
[0043]
直线道路中，最大速度v
max
根据道路的限速信息得到(限速信息可以通过地图得到)，最大加速度a
acc_comfor
和最大减速度a
dec_comfor
由车辆自身的硬件条件限制，为车辆本身参数，一般取车辆自身的加速度极限和减速度极限。当然最大加速度a
acc_comfor
可以根据前
方障碍物的距离和当前速度得到。
[0044]
曲线道路中，根据当前道路的曲率半径得到车辆的最小转弯半径(曲率半径＝1/最小转弯半径)，根据最小转弯半径和当前车速确定最大加速a
acc_comfor
度(a
acc_comfor
＝当前速度*当前车速/最小转弯半径)；最大减速度a
dec_comfor
取车辆自身的减速度极限；最大速度v
max
根据道路的限速信息得到。
[0045]
最大速度v
max
为车辆在当前道路下行驶的速度限制；最大加速度a
acc_comfor
为车辆进行加速时的加速度限制；最大减速度a
dec_comfor
车辆进行减速时的减速度限制；其中加速度为正数，减速度为负数，加速度和减速度的大小均为数值的大小，与正负无关。例如减速度为-10m/s2大于减速度为-8m/s2。在进行速度规划时，不管是加速度还是减速度均在最大加速度a
acc_comfor
和最大减速度a
dec_comfor
之间，不超出该范围。
[0046]
2)获取车辆的当前速度v
curr
、目标速度v
obs
、以及目标距离s。
[0047]
本步骤中，目标距离s为车辆到障碍物(这里的障碍物可以为路口、车站、运动的车辆、运动的行人、静止的障碍物等)的距离，目标速度v
obs
也即障碍物的速度。
[0048]
3)若目标速度v
obs
大于等于当前速度v
curr
，则进入步骤4)，若目标速度v
obs
小于当前速度v
curr
，则进入步骤5)。
[0049]
4)判断目标速度v
obs
和最大速度v
max
的大小，若目标速度v
obs
大于等于最大速度v
max
，则以最大速度v
max
为限制速度，按照第一加速度加速行驶；若目标速度v
obs
小于最大速度v
max
，则以目标速度v
obs
为限制速度，按照第二加速度加速行驶。
[0050]
本步骤中，当目标速度v
obs
大于等于最大速度v
max
时，如图2所示，以最大速度v
max
为限制速度，车辆以第一加速度匀加速度行驶；以车辆从当前速度v
curr
加速到v
max
时行驶距离正好为目标距离s计算出车辆加速时的第一参考加速度a
acc_ref1
：那么，判断第一参考加速度a
acc_ref1
和最大加速度a
acc_comfor
的大小，如果a
acc_ref1
≤a
acc_comfor
，那么此次匀加速过程中的第一加速度可以选取a
acc_ref1
到a
acc_comfor
之间的任意值，只要车速达到最大速度v
max
后匀速行驶即可；如果a
acc_ref1
＞a
acc_comfor
，那么此时匀加速过程中的第一加速度可以选取小于等于a
acc_comfor
的任意值，此时可能存在在目标距离s内，车速无法达到最大速度v
max
，只需按照当前的第一加速度加速即可。图2中，速度曲线上第i个轨迹点的速度v(i)为：a1为第一加速度；ss(i)为第i个轨迹点的纵向距离。
[0051]
当目标速度v
obs
小于最大速度v
max
时，如图3所示，以目标速度v
obs
为限制速度，车辆以第二加速度匀加速度行驶；以车辆从当前速度v
curr
加速到v
obs
时行驶距离正好为目标距离s计算出车辆加速时的第二参考加速度a
acc_ref2
：那么，判断第二参考加速度a
acc_ref2
和最大加速度a
acc_comfor
的大小，如果a
acc_ref2
≤a
acc_comfor
，那么此次匀加速过程中的第二加速度可以选取a
acc_ref2
到a
acc_comfor
之间的任意值，只要车速达到目标速度v
obs
后匀速行驶即可；如果a
acc_ref2
＞a
acc_comfor
，那么此时匀加速过程中的第二加速度可以选取小于等于a
acc_comfor
的任意值，此时可能存在在目标距离s内，车速无法达到目标速度v
obs
，只需按照当前的第二加速度加速即可。图3中，速度曲线上第i个轨迹点的速度v(i)为：
a2为第二加速度；ss(i)为第i个轨迹点的纵向距离。
[0052]
5)若当前速度v
curr
大于等于最大速度v
max
，则车辆按照第一减速度减速行驶；若当前速度v
curr
小于最大速度v
max
，则计算中间速度v
mid
，在目标距离的前半段，车辆按照第三加速度加速至中间速度v
mid
，在目标距离的后半段，车辆按照第二减速度减速行驶。
[0053]
本步骤中，当前速度v
curr
大于等于最大速度v
max
时，如图4所示，以车辆从当前速度减速至目标速度v
obs
正好行驶目标距离s计算出第一参考减速度a
dec_ref1
：那么，判断a
dec_ref1
和a
dec_comfor
的大小，如果a
dec_ref1
≤a
dec_comfor
，那么此次匀减速过程中的第一减速度b1可以选取a
dec_ref1
到a
dec_comfor
之间的任意值，只要车速减速到目标速度v
obs
后匀速行驶即可；如果a
dec_re1f
＞a
dec_comfor
，那么此时第一减速度b1可以选取小于等于a
dec_comf
的任意值，避免超出最大减速度。取第一减速度b1等于第一参考减速度，车辆按照第一减速度减速行驶，图4中，速度曲线上第i个轨迹点的速度v(i)为：ss(i)为第i个轨迹点的纵向距离。
[0054]
当前速度v
curr
小于最大速度v
max
时，计算中间速度v
mid
，中间速度v
mid
的计算过程为：
[0055]vmid
＝min(min(v
mid1
,v
mid2
),v
max
)
[0056][0057][0058]
其中，v
mid1
为第一中间速度，第一中间速度为车辆以当前速度为初始速度，按照最大加速度行驶至目标距离一半时的速度；v
curr
为当前速度；a
acc_comfor
为最大加速度；s为目标距离；v
mid2
为第二中间速度，第二中间速度为车辆按照最大减速度行驶目标距离一半时达到目标速度下的初始速度；v
obs
为目标速度；a
dec_comfor
为最大减速度。
[0059]
为此，如图5所示，在目标距离的前半段，车辆的第三加速度车辆按照第三加速度加速至中间速度v
mid
，在目标距离的后半段，以车辆从中间速度减速至目标速度v
obs
正好行驶目标距离s的一半计算出第二参考减速度a
dec_ref2
：那么此次匀减速过程中的第二减速度b2可以选取a
dec_ref2
到a
dec_comfor
之间的任意值，只要车速减速到目标速度v
obs
后匀速行驶即可。图5中，目标距离的前半段的速度曲线上第i个轨迹点的速度v(i)为：目标距离的后半段的速度曲线上第i个轨迹点的速度v(i)为：ss(i)为第i个轨迹点的纵向距离。
[0060]
本发明的整个速度规划过程，计算简单，大大提高了规划的效率。
[0061]
用于客车的速度规划装置实施例：
[0062]
用于客车的速度规划装置，如图6所示，包括处理器、存储器以及存储在所述存储
器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现用于客车的速度规划算法。
[0063]
用于客车的速度规划算法的具体实施过程以及效果在上述用于客车的速度规划算法实施例中介绍，这里不做赘述。
[0064]
也就是说，以上用于客车的速度规划算法实施例中的算法应理解可由计算机程序指令实现用于客车的速度规划算法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器(如通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备等)，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述算法流程所指定的功能。
[0065]
本实施例所指的处理器是指微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置；
[0066]
本实施例所指的存储器用于存储实现用于客车的速度规划算法而形成的计算机程序指令，包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。例如：利用电能方式存储信息的各式存储器，ram、rom等；利用磁能方式存储信息的的各式存储器，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、u盘；利用光学方式存储信息的各式存储器，cd或dvd。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
[0067]
通过上述存储有实现用于客车的速度规划算法而形成的计算机程序指令的存储器、处理器构成的用于客车的速度规划装置，在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，计算机可使用windows操作系统、linux系统、或其他，例如使用android、ios系统程序设计语言在智能终端实现，以及基于量子计算机的处理逻辑实现等。
[0068]
作为其他实施方式，用于客车的速度规划装置还可以包括其他的处理硬件，如数据库或多级缓存、gpu等，本发明并不对用于客车的速度规划装置的结构做具体的限定。

技术特征：

1.一种用于客车的速度规划算法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取车辆的当前速度、目标速度、以及目标距离；所述目标速度为障碍物的速度，所述目标距离为车辆与障碍物之间的距离；2)若目标速度大于等于当前速度，则进入步骤3)，若目标速度小于当前速度，则进入步骤4)；3)判断目标速度和最大速度的大小，若目标速度大于等于最大速度，则以最大速度为限制速度，根据最大速度、当前速度以及目标距离确定第一加速度，车辆按照第一加速度加速行驶；若目标速度小于最大速度，则以目标速度为限制速度，根据目标速度、当前速度以及目标距离确定第二加速度，车辆按照第二加速度加速行驶；4)判断当前速度和最大速度的大小，若当前速度大于等于最大速度，则根据当前速度、目标速度以及目标距离确定第一减速度，车辆按照第一减速度减速行驶；若当前速度小于最大速度，则计算中间速度，在目标距离的前半段，根据中间速度、当前速度以及目标距离确定第三加速度，车辆按照第三加速度加速至中间速度，在目标距离的后半段，根据中间速度、目标速度以及目标距离确定第二减速度，车辆按照第二减速度减速行驶；所述中间速度的计算过程为：根据目标距离、当前速度、以及最大加速度确定第一中间速度；所述第一中间速度为车辆以当前速度为初始速度，按照最大加速度行驶至目标距离一半时的速度；根据目标距离、目标速度、以及最大减速度确定第二中间速度；所述第二中间速度为车辆按照最大减速度行驶目标距离一半时达到目标速度下的初始速度；取第一中间速度、第二中间速度以及最大速度的最小值作为最终的中间速度。2.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，第一中间速度的确定过程为：其中，v
mid1
为第一中间速度；v
curr
为当前速度；a
acc_comfor
为最大加速度；s为目标距离。3.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，第二中间速度的确定过程为：其中，v
mid2
为第二中间速度；v
obs
为目标速度；a
dec_comfor
为最大减速度；s为目标距离。4.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，所述第一加速度的确定过程为：计算第一参考加速度，判断第一参考加速度与最大加速度的大小关系，若第一参考加速度≤最大加速度，则第一参考加速度≤第一加速度≤最大加速度；若第一参考加速度＞最大加速度，则第一加速度≤最大加速度；所述第一参考加速度为车辆按照当前速度加速至最大速度行驶目标距离时的加速度。5.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，所述第二加速度的确定过程为：计算第二参考加速度，判断第二参考加速度与最大加速度的大小关系，若第二参考加速度≤最大加速度，则第二参考加速度≤第二加速度≤最大加速度；若第二参考加速度＞最大加速度，则第二加速度≤最大加速度；所述第二参考加速度为车辆按照当前速度
加速至目标速度行驶目标距离时的加速度。6.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，所述第一减速度的确定过程为：计算第一参考减速度，判断第一参考减速度与最大减速度的大小关系，若第一参考减速度≤最大减速度，则第一参考减速度≤第一减速度≤最大减速度；若第一参考减速度＞最大减速度，则第一减速度≤最大减速度；所述第一参考减速度为车辆按照当前速度减速至目标速度行驶目标距离时的减速度。7.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，所述第三加速度为：其中，a3为第三加速度；v
mid
为中间速度；v
curr
为当前速度；s为目标距离。8.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，所述第二减速度的确定过程为：计算第二参考减速度，第二参考减速度≤第二减速度≤最大减速度；所述第二参考减速度为在目标距离的后半段，车辆以中间速度减速至目标速度行驶目标距离一半时的减速度。9.根据权利要求1所述的用于客车的速度规划算法，其特征在于，最大速度、最大加速度、以及最大减速度均为当前道路下的最大速度、最大加速度、以及最大减速度，当前道路包括直线道路和曲线道路。10.一种用于客车的速度规划装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9中任一项所述的用于客车的速度规划算法。

技术总结

本发明涉及一种用于客车的速度规划算法与装置，属于速度规划技术领域。算法包括：获取车辆的当前速度、目标速度、以及目标距离；若目标速度大于等于当前速度，判断目标速度和最大速度的大小，若目标速度大于等于最大速度，则车辆按照第一加速度加速行驶；若目标速度小于最大速度，则车辆按照第二加速度加速行驶；若目标速度小于当前速度，判断当前速度和最大速度的大小，若当前速度大于等于最大速度，则车辆按照第一减速度减速行驶；若当前速度小于最大速度，则计算中间速度，在目标距离的前半段，车辆按照第三加速度加速至中间速度，在目标距离的后半段，车辆按照第二减速度减速行驶。本发明整体规划过程计算简单，提高了规划效率。提高了规划效率。提高了规划效率。