一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，包括以下步骤：1)根据无人车队的编队控制向车辆发送预定义的编队结构信息，所述编队结构信息包括存在组队关系的车辆数量、车辆位置和车辆间的期望距离；2)根据预定义的无人车队形和无人车之间的间距，使用图论方法，规划出保持编队所需的速度和位移；3)根据无人车队队形规划获得无人车编队轨迹规划，对编队轨迹规划进行无人车避障轨迹规划；4)将无人车编队轨迹规划和无人车编队轨迹规划的规划结果进行加权，得到车辆的最终规划结果，生成最终轨迹。本发明专利技术方法能适应交通场景变化，自动变换队形，以提高交通安全与效率。

A multi Lane escort formation method of unmanned vehicle based on graph theory and potential field method

【技术实现步骤摘要】
一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法
本专利技术涉及智能汽车自动驾驶控制技术，尤其涉及一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法。
技术介绍
目前世界上大多数的自动驾驶汽车均采用“感知-规划-控制”(sense-plan-act)三层结构模式，首先利用车身装载的计算机视觉系统和先进的传感装置构筑的感知系统采集车身周围的道路环境信息；再采用复杂高效的智能算法处理环境信息，根据交通法规制定安全可靠的行驶策略，实时规划出可行的参考轨迹；最后对规划出的局部参考轨迹进行精确地跟踪。同时，车辆编队驾驶能够有效的提高道路利用率以及降低油耗，多车编队驾驶具有重要的意义和价值。因此，如何在考虑道路环境信息以及满足编队驾驶需求的前提下，规划出安全、平滑、高效的车辆驾驶路径仍然是自动驾驶技术研究的一项挑战。目前国内外研究学者对编队驾驶路径规划的研究主要使用领导-跟随法、虚拟结构法、基于行为的控制方法。但在方法上侧重于保持编队的稳定和精度，缺乏对于环境因素的考虑，车辆编队灵活性较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)根据无人车队的编队控制向车辆发送预定义的编队结构信息，所述编队结构信息包括存在组队关系的车辆数量、车辆位置和车辆间的期望距离；/n2)根据预定义的无人车队形和无人车之间的间距，使用图论方法，规划出保持编队所需的速度和位移；/n3)根据无人车队队形规划获得无人车编队轨迹规划，对编队轨迹规划进行无人车避障轨迹规划；/n4)将无人车编队轨迹规划和无人车编队轨迹规划的规划结果进行加权，得到车辆的最终规划结果，生成最终轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据无人车队的编队控制向车辆发送预定义的编队结构信息，所述编队结构信息包括存在组队关系的车辆数量、车辆位置和车辆间的期望距离；
2)根据预定义的无人车队形和无人车之间的间距，使用图论方法，规划出保持编队所需的速度和位移；
3)根据无人车队队形规划获得无人车编队轨迹规划，对编队轨迹规划进行无人车避障轨迹规划；
4)将无人车编队轨迹规划和无人车编队轨迹规划的规划结果进行加权，得到车辆的最终规划结果，生成最终轨迹。


2.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤1)中编队结构信息抽象为简单图结构，图中节点为车辆位置，图中的边表示两车间存在保持间距的组队关系，边的长度为车辆间的期望距离。


3.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤2)中编队车辆将根据周围存在边的车辆的位置规划自车轨迹，调整自车位置，从而与周围车辆保持期望间距，基于图论方法，设计分布式的编队控制方程，以完成上述规划过程，具体过程如下：
编队结构的图定义为其中V＝{νi，i＝1…N}为点集，是边集，E中的元素为有序的元素对ek＝(νi,νj),k＝{1…|E|}，同时定义关联矩阵



其中：ek为图中的第k条边；
根据关联矩阵定义拉普拉斯矩阵



式中，为对角矩阵，矩阵元素Wi,j表示每条边ek的重要程度；其中，图节点即为车辆，边为车辆间保持的间距，车辆编队即可抽象为图结构；
根据图的相关理论和当前车辆与其他车辆间距，规划出保持编队所需的速度和位移；



其中，为每个车辆的位置向量，为图中的期望间距；
按照上述方程计算下一时刻的车辆位置，则编队车辆可以形成并保持局部图结构的稳定，编队整体将趋于形成预定义的编队结构并保持稳定，在(s,l)坐标系下，方程为：



式中，i，j表示存在边的两个节点，即车辆i与车辆j，wi,j为边的权重，si,j和li,j为车辆i与车辆j的横纵向间距，bs和bl为图结构期望的横纵向距离；
s-l坐标系为根据道路曲线形状对道路进行建模，以车辆沿道路中心线前进方向为S轴，垂直于道路中心线方向为L轴，(s,l)表示车辆在s-l坐标系下的坐标。


4.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤3)中避障轨迹规划为基于势场法的避障轨迹规划，根据无人车感知的当前环境，使用势场法对环境进行建模，量化行驶风险，调整编队结构和势场力与速度的比例系数，规划出安全避障的速度与路径。


5.根据权利要求4所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述根据无人车感知的当前环境，使用势场法对环境进行建模，具体如下：
受控车的总势场U定义为道路边界势场Uroad、环境车势场UEcar、编队车辆势场UFca...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆丽萍，高力，褚端峰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42