自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法，包括建立换道车辆在换道准备过程的运动轨迹模型；引入三次多项式建立换道车辆在换道执行过程的轨迹方程；建立换道准备和换道执行过程的安全距离模型和安全速度模型；建立一体化轨迹优化模型，对换道准备和执行过程中的时间和加速度进行优化，得到满足安全、效率和舒适性的最优轨迹。本发明专利技术首先根据车辆运动特性建立一体化换道轨迹集，再用安全约束挑选出满足换道安全的安全换道轨迹集，最后再考虑换道舒适性和效率对轨迹进行优化，得到满足安全、舒适和效率的最优一体化轨迹。因而本发明专利技术规划出的最优换道轨迹服务水平较高，能够保证乘客具有较高的舒适度体验与效率体验。

Integrated trajectory planning method for automatic driving lane change preparation and execution

The invention discloses an integrated trajectory planning method for preparation and execution of lane changing for automatic driving, which includes establishing the trajectory model of lane changing vehicles in lane changing preparation process, establishing the trajectory equation of lane changing vehicles in lane changing execution process by introducing cubic polynomial, and establishing the safety distance model of lane changing preparation and lane changing execution process. Safety speed model; Establish an integrated trajectory optimization model to optimize the time and acceleration during the preparation and execution of lane change, and obtain the optimal trajectory satisfying safety, efficiency and comfort. The invention first establishes an integrated lane change trajectory set according to the vehicle motion characteristics, then selects a safe lane change trajectory set satisfying lane change safety with safety constraints, and finally optimizes the lane change trajectory with consideration of lane change comfort and efficiency, so as to obtain an optimal integrated lane change trajectory satisfying safety, comfort and efficiency. Therefore, the optimal lane change trajectory planned by the invention has a higher service level, and can ensure that passengers have a higher comfort and efficiency experience.

【技术实现步骤摘要】
自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法
本专利技术涉及一种自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法。
技术介绍
近年来，自动驾驶受到了越来越多的关注，被认为是缓解交通拥堵，减少交通事故和环境污染的重要技术。许多企业和高校也已经开始了研究并完成了大量的车辆测试，但是测试的环境相对简单，无法保证车辆在真实和复杂的交通环境中的安全性，以特斯拉为例，车辆在2016年就发生了7起交通事故，其中还包括两起死亡事故。可见，现有的自动驾驶技术还需要进一步的研究和完善。车辆换道是车辆驾驶的基本操作之一，也是造成交通事故的重要原因，根据中国公路交通安全管理局报告显示，60％以上的高速公路交通事故与车辆换道有关。自动驾驶车辆换道是自动驾驶研究的重点，是有待解决的技术难点。2016年2月谷歌自动驾驶车辆在左转时与公交车碰撞，造成此次事故的原因正是自动驾驶车辆换道技术不完善造成的，可见，自动驾驶车辆换道技术还不成熟，还需要进一步的研究和完善。现有自动车辆换道研究主要包括换道决策和换道执行两个阶段，以换道决策、轨迹规划和轨迹跟踪控制为研究重点。研究人员在研究车辆换道问题时往往将换道决策和换道执行分开研究，忽略本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立换道车辆在换道准备过程的运动轨迹模型；步骤二、引入三次多项式建立换道车辆在换道执行过程的轨迹方程；步骤三、建立换道准备和换道执行过程的安全距离模型和安全速度模型；步骤四、建立一体化轨迹优化模型，对换道准备和执行过程中的时间和加速度进行优化，得到满足安全、效率和舒适性的最优轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立换道车辆在换道准备过程的运动轨迹模型；步骤二、引入三次多项式建立换道车辆在换道执行过程的轨迹方程；步骤三、建立换道准备和换道执行过程的安全距离模型和安全速度模型；步骤四、建立一体化轨迹优化模型，对换道准备和执行过程中的时间和加速度进行优化，得到满足安全、效率和舒适性的最优轨迹。2.根据权利要求1所述的自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法，其特征在于：步骤一所述建立换道车辆在换道准备过程的运动轨迹模型的方法为：(1)根据换道过程中周围车辆运动状态，确定当前车道前车、目标车道前车、目标车道后车的纵向位置和时间的关系：xi(t)＝xi(t0)+vits.t.i＝n-1,n-2,n+2其中，n表示换道车辆，n-1表示当前车道前车，n-2表示目标车道前车，n+2表示目标车道后车，t0表示换道意图产生时刻，t0＝0；(2)假设换道车辆在换道准备过程中匀速运动或匀加/减运动，根据换道车辆在换道准备过程的运动轨迹xn(t)，得到车辆n在换道执行点的纵向位置坐标xn(t1)、换道准备时间t1，以及换道准备过程的加速度aOP：其中：xn(t0)为车辆n在换道意图产生点的纵向位置坐标，vn(t0)为车辆n在换道意图产生点的速度，vn(t1)为车辆n在换道执行点的速度，t1表示车辆n换道准备的时间。3.根据权利要求2所述的自动驾驶换道准备和执行一体化轨迹规划方法，其特征在于：步骤二所述建立换道车辆在换道执行过程的轨迹方程的方法为：(1)利用三次多项式曲线模拟车辆换道执行轨迹，得到如下表达示：其中，a0、a1、a2、a3均为待确定的参数，xn和yn分别表示换道车辆n在换道执行过程中纵向位置坐标和横向位置坐标；(2)求解得到换道执行轨迹的待定参数：其中：xf，yf分别为换道车辆n在换道完成点的纵向位置坐标和横向位置坐标；(3)将待定参数的值带入到第(1)步的换道执行轨迹中得到车辆n的轨迹方程：(4)按如下公式计算车辆n在换道执行过程中行驶的弧长：式中，t2为车辆n换道执行时长，为车辆n在换道执行过程的切向加速度，方向与vn(t)方向一致；(5)使用矩形区域积分quad方法计算弧长L：(6)利用第(4)步和第(5)步得到的弧长求解得到车辆n在换道执行过程中的纵向位移xf；(7)按如下公式计算换道执行过程中车辆的切向加速度其中：vn(t1)为车辆n在换道执行点的速度，vn(tf)为车辆n在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨达，吴丹红，吕蒙，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51