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  • 1.轨迹优化-港科大无人车

    论文:Safe Trajectory Generation for Complex Urban Environments Using Spatio-temporal Semantic Corridor  

    看过的几篇关于无人车的轨迹优化,都是通过建立优化问题,是非线性规划问题,通过IPM求解器IPopt来求解,

    所以意味只要是无人车,就不能像无人机那样,形成二次规划问题,通过凸优化求解器来求解,看来是理解错了,

    本文就是无人车,最终形成的命题是QP形式的。

    1.关键词

    spatio-temporal semantic corridor,贝塞尔轨迹,QP,Frenet坐标系

    semantic elements(语义元素),动态的agent,交通灯,速度限制。本文提出了一种时空语义走廊,用来抽象这些元素。

    那其实之前港科大的无人机基于硬约束的轨迹优化(Btraj),也是利用贝塞尔曲线的凸包性质这样作的,本文多了一些其他的语义。

    SSC中包含了的信息,使得轨迹生成问题变成了QP问题?无人车系统动态方程呢?那除了其他语义元素,岂不是跟Btraj没有区别了吗?

    2.贝塞尔轨迹生成

    (1)分段贝塞尔的表达

    每一个SSC走廊中,都是一段贝塞尔,总共n段贝塞尔轨迹。

    注意这里分为S和L两个维度,之前在无人机中,是分为x,y,z三个独立的轴。难道分解为S-L就可以保证车的转角了?这个是因为坐标系不同了,本文采用S-L坐标系。从而变得跟无人机系统一样,每个轴可以分开求解

    (2)cost function

    minimum jerk,第j段轨迹的cost为:

    进一步归一化:(P为控制点,Q为Hessian matrix)

    (3) Enforcing Safety and Dynamical Constraints

    还是利用贝塞尔的性质,方便求导。

    • Desired state constraints(两点边界值约束):

    起点和终点的约束,按照我的理解,应该是[速度,前轮偏转角,x,y,车辆姿态角],但是目前对S-L坐标系,就是S, S`, S``以及L, L`, L``了。

    SL坐标系也叫做frenet frame:它以道路中心线为参考,S表示道路中心线的方向,L表示与道路中心线垂直的方向。在结构化道路上行驶的时候,SL坐标系比XY坐标系更加贴合实际需求。

    这里是需要能够被跟踪的指引线的,按照李柏在《智能网联》做法,他推荐不在S-L坐标系进行轨迹规划,因为Frenet坐标系忽视指引线的曲率,所规划轨迹无法如实反映车辆的运动学能力。还有就是坐标转换的精度问题。

    S轴是Longitudinal axis, 一阶导数和二阶导数分别是Longitudinal velocity和加速度。

    L轴是Lateral Axix,一阶导数和二阶导数分别是Lateral velocity和加速度。

    这里的约束,通过贝塞尔求导的性质,可以写成线性等式约束。

    • Continuity constraints:(连续性约束)

    每段贝塞尔曲线之间连接的连续性,同样也可以根据贝塞尔的性质,写成线性等式约束。因为是目标函数是jerk,这里是0,1,2,3,阶导数相等。

    • Free-space constraints:(避免碰撞的走廊)

    将贝塞尔曲线,限制在立方体走廊中,这里就是不等式约束了。注意两个维度是S和L。

    • Dynamical constraints: 

    限制最大速度和最大加速度,是不等式约束。

    对于S,一阶导数是lateral velocity,二阶导数是加速度;

    对于L,一阶导数是longitudinal velocity,二阶导数是加速度。

    所有的这些线性等式和不等式约束,最终可以写成QP形式,可以通过比如OOQP来高效求解。

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