[發明專利]一種基于瞬時風險評估的智能車輛換道軌跡協同規劃方法

有效

• 申請號: 202010840942.6
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112071059B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 溫惠英;吳嘉彬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于瞬時風險評估的智能車輛換道軌跡協同規劃方法，包括：1)獲取交通基礎數據：車輛運動數據、車輛相對位置信息、車輛幾何參數、道路幾何條件和路面摩擦系數；2)采集周圍車輛的運動軌跡構建換道樣本，利用模糊C聚類算法提取周圍車輛運動特征；3)基于周圍車輛的運動特征，預測周圍車輛在t時刻的車輛運動狀態及車輛間距；4)建立換道條件安全判別模型，利用停車距離指標推導車輛運行瞬時風險指標；5)以瞬時風險最小化為目標函數，分別利用梯形加速度法與遺傳算法規劃車輛橫縱向運動軌跡；6)通過計算機編程實現車輛換道軌跡規劃功能。本發明可提前識別換道安全性，并規劃車輛換道軌跡，為車輛換道軌跡規劃系統提供理論參考與技術支持。

技術領域

本發明涉及智能車輛換道風險評估與換道軌跡最優性的技術領域，尤其是指一種基于瞬時風險評估的智能車輛換道軌跡協同規劃方法。

背景技術

跟車行為與換道行為是車輛在高速公路上行駛時最常見的兩種駕駛行為，當駕駛員意圖執行換道行為時，駕駛員需要根據周圍車輛的間距、運行狀態、道路線形、道路使用情況以及交通限速管理等一系列的交通環境因素，對是否執行換道、何時換道以及如何換道等問題做出合理的分析和判斷。一旦駕駛員對安全換道的可行性做出錯誤的判斷，極易引發交通事故。據高速公路和快速路交通事故數據統計，與換道過程有關的交通事故占60％以上。由此可見，如何有效提高車輛在高速公路上的換道安全性是一項重要的研究內容。隨著計算機技術與傳感器技術的快速發展，智能網聯汽車逐漸普及。有研究學者表明，自動駕駛技術在降低延誤、減少交通事故和提高道路通行能力等方面具有巨大潛在研究價值。當自動駕駛技術發展成熟時，其技術應用可有效幫助駕駛員提升駕駛安全性、舒適性，避免因人為錯誤操作引發的交通事故。同時，隨著5G通訊技術的發展，車輛與交通環境之間的通訊能力得到進一步提高，為自動駕駛技術的應用創造了良好的通訊環境，從而使智能網聯汽車得到了加快推廣。綜上所述，通過電子傳感器技術和通信技術實時獲取周圍環境的交通狀態信息，為智能車輛規劃安全、可靠、舒適、高效的換道軌跡已成為當今自動駕駛技術的研究熱點，解決因行駛環境隨機性和復雜性導致的換道軌跡規劃安全難題。

目前，應用于無人駕駛車輛的換道軌跡規劃模型種類繁多，主要包含多項式軌跡、回旋曲線、正反梯形橫向加速度軌跡和圓弧軌跡等，各種軌跡模型各有側重，性能存在較大差異。盡管換道軌跡建模已取得一定成果，但尚存部分亟待優化、改進之處。經歸納，不足之處主要表現在：①大部分模型僅考慮當前交通環境的安全性，難以提前評估即將遭遇的換道風險；②多數模型注重研究換道軌跡本身的性能，較少考慮換道車輛與周圍車輛的博弈關系及其交互影響。因此，有必要實時提取周圍車輛的運動特征，對其運動軌跡進行預測，從而判別智能車輛在未來短時間內的換道風險，并基于此規劃換道軌跡。本發明考慮了智能車輛與周圍車輛之間的交互作用，可對智能車輛換道風險進行提前識別，并基于未來交通環境與換道瞬時風險規劃換道軌跡，從而提高智能車輛在實際應用中的換道安全性。

鑒于此，本發明基于當前交通條件信息，利用模糊C聚類算法提取周圍車輛的運動特征，預測t時刻的周圍車輛運動工況。其次，采用停車視距(Stopping sight distance，SSD)實時判別目標車輛在t時刻的換道沖突可能性，并利用停車距離指標(Stoppingdistance index,SDI)得到車輛運行瞬時風險評估指標。最后，以車輛運行瞬時風險最小化為目標函數，設置最大速度、最大加速度以及最大瞬時風險等約束條件，利用梯形加速度法規劃車輛橫向運動軌跡，采用遺傳算法優化車輛縱向運動軌跡，進而組合得到車輛換道運動軌跡。本發明能夠有效提取周圍車輛運動模式特征，提前評估目標車輛在t時刻的瞬時風險，并綜合考慮了車輛在換道過程中的安全性與舒適性，實時規劃車輛換道軌跡，從而為車輛換道軌跡規劃系統、自動駕駛車輛換道控制提供理論參考與技術支持。

發明內容