Autonomous Driving on Curvy Roads Without Reliance on Frenet Frame: A Cartesian-Based Trajectory Planning Method

Frenet–Serret公式 弹道 笛卡尔坐标系 计算机科学 帧(网络) 曲率 控制理论(社会学) 工程类 计算机视觉 人工智能 模拟 控制工程 数学 物理 电信 几何学 控制(管理) 天文
作者
Bai Li,Yakun Ouyang,Li Li,Youmin Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (9): 15729-15741 被引量:91
标识
DOI:10.1109/tits.2022.3145389
摘要

Curvy roads are a particular type of urban road scenario, wherein the curvature of the road centerline changes drastically. This paper is focused on the trajectory planning task for autonomous driving on a curvy road. The prevalent on-road trajectory planners in the Frenet frame cannot impose accurate restrictions on the trajectory curvature, thus easily making the resultant trajectories beyond the ego vehicle's kinematic capability. Regarding planning in the Cartesian frame, selection-based methods suffer from the curse of dimensionality. By contrast, optimization-based methods in the Cartesian frame are more flexible to find optima in the continuous solution space, but the new challenges are how to tackle the intractable collision-avoidance constraints and nonconvex kinematic constraints. An iterative computation framework is proposed to accumulatively handle the complex constraints. Concretely, an intermediate problem is solved in each iteration, which contains linear and tractably scaled collision-avoidance constraints and softened kinematic constraints. Compared with the existing optimization-based planners, our proposal is less sensitive to the initial guess especially when it is not kinematically feasible. The efficiency of the proposed planner is validated by both simulations and real-world experiments. Source codes of this work are available at https://github.com/libai1943/CartesianPlanner .
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