[發明專利]一種基于車輛行駛規律的變速動態換道軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202010733691.1
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111806467B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張鶴;胡昌斌
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B60W60/00
• 分類號: B60W60/00;B60W30/18;B60W30/12;B60W40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種基于車輛行駛規律的變速動態換道軌跡規劃方法。通過加速度、加加速度控制車輛行駛安全性和舒適性，并將變速規律融合到軌跡規劃方法中，采用回旋線^*和圓曲線^*作為運動本原規劃換道軌跡，使自動駕駛車輛換道軌跡與自動巡航軌跡一致，再結合車輛最新位置和安全距離實時動態更新換道軌跡，直至自動駕駛車輛完成換道。本發明換道運動本原引入變速規律，提高車輛換道效率；軌跡生成的同時考慮舒適、安全所要求的加速度和加加速度，省去了以往設定優化目標尋找最優軌跡的過程，約束下直接計算最優軌跡，效率顯著提高；一定時間間隔后動態迭代重新計算規劃軌跡，既實時保證車輛規劃軌跡終點位于安全距離外，又有效更正路徑跟蹤的誤差。

技術領域

本發明涉及一種基于車輛行駛規律的變速動態換道軌跡規劃方法。

背景技術

自動駕駛是車輛發展的趨勢，DavidGonzález等人指出動態環境下的實時計算是自動駕駛最大挑戰，包含兩個方面：一、車輛運動規劃的高效實時計算；二、快速有效的對動態環境做出響應。

車輛速度和軌跡曲率與車輛運動的橫向加速度密切相關，而橫向加速度直接與車輛的安全性、舒適性和穩定性有關(Chuetal.,2012)。車輛運動規劃是指生成起點與終點的幾何路徑，并給出車輛沿該路徑的速度規劃，常用的有軌跡生成法、基于采樣的算法和基于搜索的算法。軌跡生成法包括直接構造法(Werlingetal.,2010)和路徑-速度分解法(Phametal.,2017)，分解法使用幾何曲線生成路徑對速度規劃和碰撞檢查有利，求解速度快、效率高，滿足自動駕駛車輛路徑規劃的實時性要求，應用相對成熟。基于采樣的算法需對狀態空間均勻隨機采樣構建連通圖，典型算法有概率路圖法(PRM)(Kavraki et al.,1998)和快速隨機擴展樹法(RRT)(LaValle and KuffnerJr,2001)，其主要缺陷是缺少準確的距離度量，相關算法效率有待驗證。基于搜索的規劃算法是將狀態空間通過一定的方式構成離散網絡，再利用搜索算法搜索可行解或最優解，典型算法有狀態格子(Pivtoraikoetal.,2009)、Dijkstra算法(Dijkstra,1959)和A*搜索算法(Hartetal.,1968)，這類算法具有解析完備性，但需處理大量網格，效率低下。

基于完備性設定優化目標尋找最優軌跡的運動規劃，需要在眾多解中尋找最優解，本身就是一種效率低下的方法，不易用于高速行駛的車輛，本發明從應用相對成熟的路徑-速度分解法出發，通過兩個方面實現車輛運動規劃的實時計算。

一、舍棄搜索最優解的方法，應用滿足車輛動力學約束的幾何曲線構造最優或近優曲線，雖然這種簡單的解決方案需要以降低解的完備性為代價，但其以車輛運行安全、舒適為約束，以最小時間駕駛和低磨損為目標抵消大部分不合適的解，應用于高速運動狀態下自動駕駛車輛是可行的且有益的。

二、改進路徑-速度分解法，路徑規劃是自主移動車輛的一項基本任務，已在文獻中廣泛研究，但現有的大部分幾何路徑生成以勻速運動為前提，提供了一系列路徑點，而車輛實際運行速度是變化的，這樣規劃出來的路徑并不是最優的，并且加速度突然變化會導致控制跟蹤錯誤和駕駛不舒適，往往是不可行的。本發明在軌跡生成的同時考慮車輛變速規律，結合車輛行駛規律生成軌跡不僅滿足變速狀態下加速度和加加速度的要求，保證車輛運行的安全、舒適，同時保證了生成軌跡在一定約束條件下時間最優。

動態環境包括車輛自身狀態不確定性和周圍環境帶來的不確定性(Xu et al.,2014)。車輛自身狀態不確定性包括感知、定位和控制方面的不確定性，例如，如果車輛使用低精度的GPS定位，而規劃算法沒有考慮到這一點，會給車輛行駛帶來危險，使自動駕駛汽車可能會變得不安全。除了與自動駕駛車輛本身相關的不確定性，自動駕駛車輛系統還需要解決其他交通參與者帶來的不確定性，例如：一輛自動駕駛汽車進行換道，如果規劃算法能夠預測前方車輛的運動，那么自動駕駛車輛可執行安全平穩的軌跡，當前方車輛突然剎車，自動駕駛車輛需及時改變軌跡或速度避免撞向前方車輛。因此，為了提高自動駕駛車輛系統的安全性，車輛規劃算法需要同時考慮這兩種不確定性。