A Hierarchical Multi-Vehicle Coordinated Motion Planning Method Based on Interactive Spatio-Temporal Corridors

计算机科学 交叉口(航空) 运动规划 弹道 运动(物理) 数学优化 完整的 路径(计算) 人工智能 数学 机器人 工程类 程序设计语言 运输工程 天文 物理
作者
Xiang Zhang,Boyang Wang,Yaomin Lu,Haiou Liu,Jianwei Gong,Huiyan Chen
出处
期刊:IEEE transactions on intelligent vehicles [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (1): 2675-2687 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tiv.2023.3280898
摘要

Multi-vehicle coordinated motion planning has always been challenged to safely and efficiently resolve conflicts under non-holonomic dynamic constraints. Constructing spatial-temporal corridors for multi-vehicle can decouple the high-dimensional conflicts and further reduce the difficulty of obtaining feasible trajectories. Therefore, this article proposes a novel hierarchical multi-vehicle coordinated motion planning method based on interactive spatio-temporal corridors (ISTCs). In the first layer, based on the initial guidance trajectories, Mixed Integer Quadratic Programming is designed to construct ISTCs capable of resolving conflicts in generic multi-vehicle scenarios. And then in the second layer, Non-Linear Programming is settled to generate in-corridor trajectories that satisfy the vehicle dynamics. By introducing ISTCs, the multi-vehicle coordinated motion planning problem is able to be decoupled into single-vehicle trajectory optimization problems, which greatly decentralizes the computational pressure and has great potential for real-world applications. Besides, the proposed method searches for feasible solutions in the 3-D $(x,y,t)$ configuration space, preserving more possibilities than the traditional velocity-path decoupling method. Simulated experiments in unsignalized intersection and challenging dense scenarios have been conducted to verify the feasibility and adaptability of the proposed framework.
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