[發明專利]一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201910746277.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110362096B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 梁忠超;張歡
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B13/04
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

1.一種基于局部最優性的無人駕駛車輛動態軌跡規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

A1、分別獲取無人車和障礙車的狀態參數，根據所述狀態參數判斷無人車是否達到產生換道動機的條件，若達到產生換道動機的條件，則繼續判斷是否滿足換道條件，若滿足換道條件，則執行步驟A2；若達不到產生換道動機的條件，或不滿足換道條件，則無人車減速或保持當前跟馳狀態；

A2、根據所述無人車的狀態參數和預設的無人車左側待換道車道無障礙車輛的距離范圍，并結合無人車的動力性能指標，得到無人車的局部最優換道軌跡，作為參考軌跡；

A3、根據所述障礙車的狀態參數，結合汽車動力學響應，預測無人車左側待換道車道障礙車的行駛軌跡；

A4、根據所述無人車的狀態參數和無人車左側待換道車道障礙車的行駛軌跡，預測無人車的換道行駛軌跡；

A5、基于所述參考軌跡，結合車輛動力學約束和成本代價函數值最小的原則，利用非線性模型預測控制對所述無人車的換道行駛軌跡進行重規劃，得到最優換道軌跡；

A6、將步驟A3-A5不斷進行迭代計算，得到最終換道軌跡；

所述狀態參數包括無人車和障礙車的位置、運動方向、行駛速度和加速度；

所述產生換道動機的條件滿足以下公式：

式中：D為無人車與正前方障礙車的距離；Diss(k)為無人車當前采樣時刻k的速度不滿累積度值，其中，Diss(k-1)為無人車上一時刻k-1的速度不滿累計度值，v_d為當前采樣時刻正前方障礙車的速度，v_p為當前采樣時刻對正前方障礙車的期望速度值，T為采樣間隔；Diss_p為不滿累積度閾值；

C為無人車；

C_f為無人車正前方的障礙車；

C_lf為無人車左前方的障礙車；

C_lr為無人車左后方的障礙車；

MSD(C,C_f)為無人車與正前方的障礙車的最小安全距離；

所述換道條件滿足以下公式：

式中：D_sf、D_sb分別為無人車與左前方、左后方障礙車的車距；

所述步驟A2中，所述參考軌跡(X(t),Y(t))滿足以下公式：

式中：X(t)、Y(t)為以無人車在坐標系下的縱向坐標和側向坐標；a_i、b_i為五次多項式的系數；t為時間；i為系數變量，取值為1、2...、n，n＝5，其中：

式中：t_s為無人車換道初始時刻；t_f為無人車換道終止時刻；X(t_s)、和分別為無人車在換道初始時刻縱向的位移、速度和加速度；X(t_f)、和分別為無人車在換道終止時刻縱向的位移、速度和加速度；Y(t_s)、和分別為無人車在換道初始時刻側向的位移、速度和加速度；Y(t_f)、和分別為無人車在換道終止時刻側向的位移、速度和加速度；

所述步驟A3中，障礙車的行駛軌跡滿足以下公式：

式中：(x_k、y_k)為采樣時刻障礙車的位置坐標；(x₀、y₀)為初始時刻障礙車的位置坐標；v_0,x、v_0,y分別為初始時刻障礙車的縱向速度和側向速度；Δt為規劃周期；

所述步驟A4中，無人車的換道行駛軌跡滿足以下公式：

式中：(X_k、Y_k)為采樣時刻無人車的位置坐標，即無人車預估狀態軌跡點位置坐標；θ_k為采樣時刻無人車的車輛航向角；(X₀、Y₀)為初始時刻無人車的位置坐標；θ₀為初始時刻無人車的車輛航向角；δ為無人車的車輛前輪轉角；u為無人車的縱向速度；L為無人車的車輛軸距；K為穩定性系數，K＝m(a/k₁-b/k₂)/L²，其中m為無人車整備質量，a、b分別為無人車的前后軸距，k₁、k₂分別為無人車前后輪胎的外傾剛度；

所述步驟A5中，成本代價函數J_obs,c由懲罰函數C_total和速度距離避障函數J_obs,i共同決定，成本代價函數滿足如下公式：

式中：J_obs,i為工況下所有障礙車輛的速度距離避障功能函數值，i為周圍障礙車輛，i的取值為1、2...n，n＝4；C_total為懲罰函數；

成本代價函數J_obs,c值越小，換道軌跡越安全，無人車的舒適性越高；

所述速度距離避障函數J_obs,i滿足如下公式：

式中：J_obs,f為無人車與目標車道前方障礙車的避障功能函數值；J_obs,r為無人車與目標車道后方障礙車的避障功能函數值；S_obs為權重系數，權重系數越大則軌跡規劃結果就越趨于保守；v_c,x、v_c,y分別為無人車的縱向、側向速度；v_o,x、v_o,y分別為障礙車的縱向、側向速度；v_c、v_o分別為無人車和障礙車的速度；(X_k,Y_k)、(x_k,y_k)分別為無人車、障礙車的位置坐標；ζ為一個正數，防止發生無解的情況。