CN110231041B - 一种车道切换的导航方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车道切换的导航方法和装置，涉及计算机技术领域。该方法的一具体实施方式包括：根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；通过所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度。该实施方式根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，无需使目标车辆停车实现光滑车道切换，提高了车道切换的效率。

Description

一种车道切换的导航方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种车道切换的导航方法和装置。

背景技术

在大规模自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，AGV)运行时，在某些车道容易出现拥堵现象，若相邻车道具有更快的通过速度，需要将拥堵车道的AGV切换至相邻车道。为实现这一目的，现有技术中需首先将AGV在当前车道停车，然后使AGV依次进行原地90度转向、停车、直行、停车、再90度转向才能切换到相邻车道。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1.由于现有技术的AGV仅能实现前进、后退、原地转向等简单的运动模式，所以在车道切换的过程中其切换效率低。

2.现有技术的车道切换方式需要先将AGV在当前车道停车，无法实现在连续行驶状态中的车道切换。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种车道切换的导航方法和装置，根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，使目标车辆按照规划的左右两轮的速度沿着切换路径，实现光滑车道切换，整个切换过程无需使目标车辆停车，显著提高了车道切换的效率。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种车道切换的导航方法，包括：根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；通过所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度。

可选地，所述期望姿态包括：车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e，车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e，车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e；所述当前姿态包括：当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c；根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，包括：获取目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

可选地，所述根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，包括：获取预先设置的规划方程，所述规划方程包括n次多项式；其中n为正整数；基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

可选地，所述速度参数包括：加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹，包括：以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。

可选地，基于所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度，包括：以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

可选地，所述方法还包括：预先设置插补周期；根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

为实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种车道切换的导航装置，包括：路径规划模块、速度规划模块、驱动轮速度分配模块；所述路径规划模块，用于：根据期望姿态和当前姿态，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；所述速度规划模块，用于：根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹；所述驱动轮速度分配模块，用于：根据切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定左轮规划速度和右轮规划速度。

可选地，所述路径规划模块，用于：获取车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e、车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e、车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

可选地，所述路径规划模块，用于：获取预先设置的规划方程，所述规划方程包括n次多项式；其中n为正整数；基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

可选地，所述速度规划模块，用于：获取加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。

可选地，所述驱动轮速度分配模块，用于：以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

可选地，所述驱动轮速度分配模块，还用于：设置插补周期；根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

为实现上述目的，根据本发明实施例的再一方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例所提供的一种车道切换的导航方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的再一方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明实施例所提供的一种车道切换的导航方法。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，使目标车辆按照规划的左右两轮的速度沿着切换路径，实现光滑车道切换，整个切换过程无需使目标车辆停车，显著提高了车道切换的效率。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的车道切换的导航方法的基本流程的示意图；

图2是根据本发明实施例的双轮差动式AGV的示意图；

图3是根据本发明实施例的车道切换的导航方法的切换路径示意图；

图4是根据本发明实施例的车道切换的导航装置的基本流程的示意图；

图5是本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；

图6是适于用来实现本发明实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明实施例的车道切换的导航方法的基本流程的示意图；如图1所示，一种车道切换的导航方法可以包括：

步骤S101.根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；

步骤S102.根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；

步骤S103.通过所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度。

在本发明的另一个实施例中，所述方法还可以先根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；再根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。在本发明的再一个实施例中，还可以同时执行步骤101和步骤102。因此，本发明的实施例对步骤101和步骤102可以不限定先后顺序。

在步骤S101之前可以确定目标车辆的期望姿态和预先设置的速度参数，获取目标车辆的当前姿态。

在步骤S103之后，还可以包括步骤S104：以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶。

本发明实施例根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，使目标车辆按照规划的左右两轮的速度沿着切换路径，实现光滑车道切换，整个切换过程无需使目标车辆停车，显著提高了车道切换的效率。

本发明实施例中，所述期望姿态可以包括：车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e，车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e，车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e；所述当前姿态包括：当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c；步骤S102中根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，可以包括：获取目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

具体地，可以预先设置一个规划方程，基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。其中，规划方程可以是n次多项式，n为正整数。

本发明实施例根据当前姿态和已确定的期望姿态等参数，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，为车道切换规划了一条光滑的切换曲线轨迹，可以将差动式AGV的运动学特性、规划的切换路径需与当前位姿和期望位姿相切、切换路径处处曲率连续等作为边界条件约束，进而实现无需停车的光滑车道切换，显著提高车道切换的效率。

本发明实施例中，所述速度参数可以包括：加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；步骤S102中根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹，可以包括：以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。这里的目标车辆几何中心的速度与目标车辆在在x轴上的速度分量等价。

传统的速度规划方法需要先确定路径长度，再结合速度规划的约束条件，规划速度信息。然而对于曲线路径，其路径长度一般不存在解析求解方法，常用的数值求解方法为牛顿-拉普森方法，然而其求解是一个非常耗时的过程。本发明中实施例中提出了的速度规划策略，将车道切换路径的x轴分量作为速度规划的参考路径，而非采用真实的曲线路径，可以简化规划速度的过程，同时又保证了速度规划的准确性。

本发明实施例中，步骤S103可以包括：以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

本发明实施例根据规划的速度规划轨迹、位移规划轨迹，和已经得到的切换路径，求得左轮规划速度和右轮规划速度，目标车辆的左右轮分别按照左轮规划速度和右轮规划速度行驶，就可沿着规划的切换路径进行车道切换，保证了车道切换的准确性。

本发明实施例中，所述方法还可以包括：预先设置插补周期；根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

具体地，可以在步骤S101中设置插补周期；在步骤S102中根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；若所述规划时间大于或等于插补周期，则在步骤S104之后可以包括：使目标车辆行驶一个插补周期后，重新获取当前姿态，返回步骤S101。

本发明实施例在目标车辆按照左轮规划速度和右轮规划速度行驶了一个插补周期后，需要根据新的当前姿态重新规划下一个插补周期的切换路径和左右轮的规划速度，以调整目标车辆的行进路线，保证目标车辆按照规划的切换路径行驶，做到无需停车的光滑车道切换，显著提高车道切换的效率。

本发明实施例以“双轮差动式AGV”为例从车道A切换至车道B。图2是根据本发明实施例的双轮差动式AGV的示意图，其运动学模型为

其中，v表示AGV车体中心速度，ω表示AGV自身旋转的角速度，θ表示当前车体方向与坐标系x轴正向的夹角。

图3是根据本发明实施例的车道切换的导航方法的切换路径示意图；如图3所示，AGV在切换的初始时刻的前进方向为x轴正方向，与x轴垂直的方向为y轴方向。若实现AGV由直线运动光滑过渡到切换车道，需轨迹曲率是连续变化的。首先确定该AGV的目标姿态(x_e,y_e,θ_e)、速度参数(Acc_B,Dec_B,v_B,v_e)和该AGV左轮与右轮之间的轮距B；设置插补周期T_s；图3中的方框可以为导航用二维码，呈棋盘样式分布于地面，可以采用现有的二维码视觉定位技术，获取该AGV的当前姿态(x_c,y_c,θ_c,v_l，v_r)，可以将规划方程设置为五次多项式：

y(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵

x∈(x_c,x_e]

其中，x为在预设坐标系下的切换路径的x轴上的轨迹分量，y(x)为在预设坐标系下x轴上的轨迹分量为x时切换路径在y轴上的轨迹分量；a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅皆为待定的多项式系数。

AGV在车道切换过程中需要满足的边界条件约束，包括：

A.位置约束

y(x_c)＝y_c

y(x_e)＝y_e

B.方向约束

C.曲率约束

κ(x_c)＝κ_c

κ(x_e)＝κ_e＝0

其中，曲率

y′为y(x)的一次导数，y″为y(x)的二次导数，κ_c为AGV当前时刻的曲率，κ_e为AGV在车道切换完成时的期望曲率，

为AGV当前时刻θ_c的正切值，

为AGV在车道切换完成时θ_e的正切值。

根据目标姿态(x_e,y_e,θ_e)和当前姿态(x_c,y_c,θ_c,v_l，v_r)，可将以上边界条件约束简化为：

y(x_c)＝y_c

y(x_e)＝y_e

y”(x_c)＝y”_c

y”(x_e)＝y”_e＝0

其中，

当前时刻AGV的角速度

当前时刻AGV几何中心的速度

y”_c为当前时刻θ_c的正切函数的导数值，y”_e为在车道切换完成时θ_e的正切函数的导数值。

进而可求得待定的多项式系数分别为：

其中，中间变量Temp0＝2(x_c-x_e)⁵，

中间变量

中间变量

中间变量

中间变量

中间变量

中间变量

即确定了由当前姿态切换至目标姿态的切换路径。

本发明中实施例在速度规划中提出了如下处理策略：由于车道切换轨迹在x轴方向为单调变化，因此可将车道切换路径的x向分量作为速度规划的参考路径，而非采用真实的曲线路径。具体为：采用梯形或S形加减速策略基于参考路径规划速度规划轨迹v(t)和位移规划轨迹x(t)，即根据v_c,x_c,x_e,v_B,v_e,Acc_B,Dec_B，获得AGV由x_c至x_e的AGV几何中心的速度与时间的关系和AGV在x轴上的位移与时间的关系，同时可求得由当前姿态切换至目标姿态的规划时间T。如图所示，为采用梯形加减速策略进行速度规划轨迹v(t)和位移规划轨迹x(t)的规划，这个规划过程可记为：[x(t),v(t),T]＝velocityplanning(v_c,x_c,x_e,v_B,v_e,Acc_B,Dec_B)，其具体过程为现有技术本发明实施例在此不再详细记述。

以当前时刻作为插补时刻t_s，根据速度规划轨迹v(t)获得该插补时刻t_sAGV几何中心的速度v(t_s)，根据位移规划轨迹x(t)获得该插补时刻t_sAGV在x轴上的位移x(t_s)；

根据该插补时刻AGV在x轴上的位移x(t_s)和切换路径，获得AGV在该插补时刻t_s的路径曲率

其中，y'(t_s)＝a₁+2a₂x(t_s)+3a₃x(t_s)²+4a₄x(t_s)³+5a₅x(t_s)⁴，y”(t_s)＝2a₂+6a₃x(t_s)+12a₄x(t_s)²+20a₅x(t_s)³。

可得，左轮规划速度

和右轮规划速度

以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使该AGV行驶。

若T_s≤T，则在该AGV行驶T_s时间后重新获取该AGV的当前姿态，获取下一个周期的左轮规划速度和右轮规划速度。

图4是根据本发明实施例的车道切换的导航装置的基本流程的示意图；如图4所示，本发明实施例提供了一种车道切换的导航装置400，可以包括：路径规划模块401、速度规划模块402、驱动轮速度分配模块403；所述路径规划模块401，可以用于：根据期望姿态和当前姿态，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；所述速度规划模块402，可以用于：根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹；所述驱动轮速度分配模块403，可以用于：根据切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定左轮规划速度和右轮规划速度。

本发明实施例根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，使目标车辆按照规划的左右两轮的速度沿着切换路径，实现光滑车道切换，整个切换过程无需使目标车辆停车，显著提高了车道切换的效率。

本发明实施例中，所述路径规划模块401，可以用于：获取车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e、车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e、车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。具体地，可以预先设置规划方程；基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

本发明实施例根据当前姿态和已确定的期望姿态等参数，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，为车道切换规划了一条光滑的切换曲线轨迹，可以将差动式AGV的运动学特性、规划的切换路径需与当前位姿和期望位姿相切、切换路径处处曲率连续等作为边界条件约束，进而实现无需停车的光滑车道切换，显著提高车道切换的效率。

本发明实施例中，所述速度规划模块402，可以用于：获取加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。

传统的速度规划方法需要先确定路径长度，再结合速度规划的约束条件，规划速度信息。然而对于曲线路径，其路径长度一般不存在解析求解方法，常用的数值求解方法为牛顿-拉普森方法，然而其求解是一个非常耗时的过程。本发明中实施例中提出了的速度规划策略，将车道切换路径的x轴分量作为速度规划的参考路径，而非采用真实的曲线路径，可以简化规划速度的过程，同时又保证了速度规划的准确性。

本发明实施例中，所述驱动轮速度分配模块403，可以用于：以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

本发明实施例根据规划的速度规划轨迹、位移规划轨迹，和已经得到的切换路径，求得左轮规划速度和右轮规划速度，目标车辆的左右轮分别按照左轮规划速度和右轮规划速度行驶，就可沿着规划的切换路径进行车道切换，保证了车道切换的准确性。

本发明实施例中，所述驱动轮速度分配模块403，可以还用于：设置插补周期；根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

本发明实施例在目标车辆按照左轮规划速度和右轮规划速度行驶了一个插补周期后，需要根据新的当前姿态重新规划下一个插补周期的切换路径和左右轮的规划速度，以调整目标车辆的行进路线，保证目标车辆按照规划的切换路径行驶，做到无需停车的光滑车道切换，显著提高车道切换的效率。

图5示出了可以应用本发明实施例的车道切换的导航方法或车道切换的导航装置的示例性系统架构500。

如图5所示，系统架构500可以包括终端设备501、502、503，网络504和服务器505。网络504用以在终端设备501、502、503和服务器505之间提供通信链路的介质。网络504可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备501、502、503通过网络504与服务器505交互，以接收或发送消息等。终端设备501、502、503上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等。

终端设备501、502、503可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器505可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备501、502、503所浏览的购物类网站提供支持的后台管理服务器。后台管理服务器可以对接收到的产品信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的车道切换的导航方法一般由服务器505执行，相应地，车道切换的导航装置一般设置于服务器505中。

应该理解，图5中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

根据本发明的实施例，本发明还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

本发明实施例的电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例所提供的车道切换的导航方法。

本发明实施例的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明所提供的车道切换的导航方法。

下面参考图6，其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统600的结构示意图。图6示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，计算机系统600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU 601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)601执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括：路径规划模块、速度规划模块和驱动轮速度分配模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，路径规划模块还可以被描述为“用于根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径的模块”。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：步骤S101.根据目标车辆的期望姿态和当前姿态，确定目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；步骤S102.根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；步骤S103.通过所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度。

本发明实施例根据目标车辆的当前姿态、目标姿态和预设的速度参数，规划切换路径和左右两轮的速度，使目标车辆按照规划的左右两轮的速度沿着切换路径，实现光滑车道切换，整个切换过程无需使目标车辆停车，显著提高了车道切换的效率。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种车道切换的导航方法，其特征在于，包括：

获取目标车辆的期望姿态和当前姿态；其中，所述期望姿态包括：车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e，车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e，车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e；所述当前姿态包括：当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c；以及，获取目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；

根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆由当前姿态切换至期望姿态的速度规划轨迹和位移规划轨迹；

通过所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径，包括：

获取预先设置的规划方程，所述规划方程包括n次多项式；其中n为正整数；

基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述速度参数包括：加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；

根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹，包括：

以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；

根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；

将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定目标车辆的左轮规划速度和右轮规划速度，包括：

以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；

根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；

根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先设置插补周期；

根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；

若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

6.一种车道切换的导航装置，其特征在于，包括：路径规划模块、速度规划模块、驱动轮速度分配模块；

所述路径规划模块，用于：获取期望姿态和当前姿态；其中，所述期望姿态包括：车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的期望值x_e，车道切换完成时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的期望值y_e，车道切换完成时刻车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的期望夹角θ_e；所述当前姿态包括：当前时刻目标车辆在预设的坐标系中x轴的值x_c、当前时刻目标车辆在预设的坐标系中y轴的值y_c、当前时刻目标车辆的车头方向与坐标系的x轴正向的夹角θ_c；以及，获取目标车辆左轮与右轮之间的轮距B、当前时刻目标车辆的左轮速度v_l和当前时刻目标车辆的右轮速度v_r；根据x_e、y_e、θ_e、B、x_c、y_c、θ_c、v_l和v_r，获得切换路径的边界条件约束；根据边界条件约束，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径；

所述速度规划模块，用于：根据期望姿态、当前姿态和速度参数，获得目标车辆的速度规划轨迹和位移规划轨迹；

所述驱动轮速度分配模块，用于：根据切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹，确定左轮规划速度和右轮规划速度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述路径规划模块，用于：

获取预先设置的规划方程，所述规划方程包括n次多项式；其中n为正整数；

基于边界条件约束和规划方程，确定由当前姿态切换至期望姿态的切换路径。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述速度规划模块，用于：获取加速度Acc_B、减速度Dec_B、目标车辆几何中心的最大速度v_B、车道切换完成时刻目标车辆几何中心的速度v_e；

以切换路径在x轴上的轨迹分量作为参考轨迹；

根据参考轨迹、Acc_B、Dec_B、v_B、v_e、B、v_l和v_r，获得目标车辆几何中心的速度与时间的关系，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系；

将目标车辆几何中心的速度与时间的关系作为速度规划轨迹，目标车辆在x轴上的位移与时间的关系作为位移规划轨迹。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述驱动轮速度分配模块，用于：

以当前时刻作为插补时刻，根据速度规划轨迹获得该插补时刻目标车辆几何中心的速度，根据位移规划轨迹获得该插补时刻目标车辆在x轴上的位移；

根据该插补时刻目标车辆在x轴上的位移和切换路径，获得目标车辆在该插补时刻的路径曲率；

根据所述路径曲率、目标车辆左轮与右轮之间的轮距B和该插补时刻目标车辆几何中心的速度，得到左轮规划速度和右轮规划速度。

10.根据权利要求6-9任一所述的装置，其特征在于，所述驱动轮速度分配模块，还用于：

设置插补周期；

根据目标车辆的期望姿态、当前姿态和速度参数，获得由当前姿态切换至期望姿态的规划时间；

若所述规划时间大于或等于插补周期，则以左轮规划速度作为目标车辆的左轮速度、右轮规划速度作为目标车辆的右轮速度，使目标车辆行驶一个插补周期后，重新确定切换路径、速度规划轨迹和位移规划轨迹。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

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