一种自主超车方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自主超车方法及系统。该方法包括定义状态晶格空间；根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数；根据状态晶格空间以及在超车不同阶段的轨迹参数构建车辆运动模型；根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹；根据车辆预测轨迹进行超车轨迹跟踪，并利用基于半马尔科夫决策过程确定超车决策。本发明专利技术实现车辆安全、高效的自主超车，解决现有技术中超车过程轨迹跟踪困难的问题。超车过程轨迹跟踪困难的问题。超车过程轨迹跟踪困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自主超车方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能驾驶领域，特别是涉及一种自主超车方法及系统。

技术介绍

[0002]随着汽车保有量的不断提升和自动驾驶技术的不断进步，智能驾驶系统逐渐进入公众视野，其中自主超车系统日益受到国内外研究人员的关注。然而，目前国内外对自主超车系统的研究还存在一定的缺陷。
[0003]在驾驶员典型驾驶场景中，超车行为是最具风险性和挑战性的驾驶方式之一。针对智能车自主超车问题，现有的自主超车系统大多还采用传统方法，即通过在线实时的轨迹规划和轨迹跟踪实现自主超车。对于传统的自主超车系统，主要缺点是规划出的轨迹与轨迹跟踪控制系统难以互相协调，即规划出的轨迹可能无法被轨迹跟踪控制器准确跟踪。
[0004]为了解决上述问题，同时为了顺应无人驾驶系统的智能化发展方向，亟需提供一种基于分层强化学习的智能化自主超车方法或系统，通过对运动基元建模和提取来控制车辆，完成安全高效的自主超车。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种自主超车方法及系统，实现车辆安全、高效的自主超车，解决现有技术中超车过程轨迹跟踪困难的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种自主超车方法，包括：定义状态晶格空间；所述状态晶格空间中的位置坐标用于确定并表示车辆的位置；根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数；所述轨迹参数包括：超车不同阶段的起点位置和终点位置、航向角、超车不同阶段的行驶速度和曲率；所述超车不同阶段包括：超车起始阶段、平行行驶阶段以及超车终止阶段；所述超车起始阶段为主车进行车道变更；所述平行行驶阶段为主车与待超越车辆平行行驶并执行超车；所述超车终止阶段为主车驶回原始车道；根据状态晶格空间以及在超车不同阶段的轨迹参数构建车辆运动模型；根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹；根据车辆预测轨迹进行超车轨迹跟踪，并利用基于半马尔科夫决策过程确定超车决策。
[0007]可选地，所述定义状态晶格空间，具体包括：；其中，为状态晶格空间的位置矩阵，分别为横、纵坐标值的向量，为位置索引。
[0008]可选地，所述根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数，具体包括：利用公式确定主车与待超越车辆的最小车距；利用公式确定主车从超车起始阶段的起始点到超车起始阶段的终止点的矢量与水平之间的夹角；其中，为主车与待超越车辆的最小车距，为主车的速度，为主车后车，为常数，且为3秒的行驶时间，为车道的宽度，为主车的纵向长度。
[0009]可选地，所述根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹，之后还包括：利用以及采用拉格朗日乘子法和迭代优化法对所述车辆预测轨迹进行优化；其中，为代价函数，为控制参数，为车辆状态，为超车终止阶段的终点时间，为时变效用函数。
[0010]可选地，所述根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹，之前还包括：在仿真平台中采用Stanley和PID控制器分别实现车辆横向和纵向控制来追踪输入的车辆预测轨迹，确定车辆在预测轨迹上的运动基元；所述运动基元包括油门、制动和转向控制信号序列。
[0011]一种自主超车系统，包括：状态晶格空间定义模块，用于定义状态晶格空间；所述状态晶格空间中的位置坐标用于确定并表示车辆的位置；轨迹参数确定模块，用于根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数；所述轨迹参数包括：超车不同阶段的起点位置和终点位置、航向角、超车不同阶段的行驶速度和曲率；所述超车不同阶段包括：超车起始阶段、平行行驶阶段以及超车终止阶段；所述超车起始阶段为主车进行车道变更；所述平行行驶阶段为主车与待超越车辆平行行驶并执行超车；所述超车终止阶段为主车驶回原始车道；车辆运动模型构建模块，用于根据状态晶格空间以及在超车不同阶段的轨迹参数构建车辆运动模型；车辆预测轨迹生成模块，用于根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹；超车决策确定模块，用于根据车辆预测轨迹进行超车轨迹跟踪，并利用基于半马尔科夫决策过程确定超车决策。
[0012]可选地，所述状态晶格空间定义模块具体包括：；其中，为状态晶格空间的位置矩阵，分别为横、纵坐标值的向量，为位置索引。
[0013]可选地，还包括：车辆预测轨迹优化模块，用于利用以及采用拉格朗日乘子法和迭代优化法对所述车辆预测轨迹进行优化；其中，为代价函数，为控制参数，为车辆状态，为超车终止阶段的终点时间，为时变效用函数。
[0014]可选地，还包括：运动基元确定模块，用于在仿真平台中采用Stanley和PID控制器分别实现车辆横向和纵向控制来追踪输入的车辆预测轨迹，确定车辆在预测轨迹上的运动基元；所述运动基元包括油门、制动和转向控制信号序列。
[0015]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术所提供的一种自主超车方法及系统，利用状态晶格空间合理有效地建模和提取相应运动基元，并优化超车过程中的轨迹跟踪效果，实现高效、安全的自主超车。另外，该超车决策模块能够适应待超越车辆的不同速度变化，做出准确合理的运动基元决策。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术所提供的一种自主超车方法流程示意图；图2为状态晶格空间示意图；图3为不同阶段超车过程示意图；图4为超车起始阶段过程示意图；图5为超车平行行驶阶段过程示意图；图6为本专利技术所提供的一种自主超车系统结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]本专利技术的目的是提供一种自主超车方法及系统，实现车辆安全、高效的自主超车，解决现有技术中超车过程轨迹跟踪困难的问题。
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0021]图1为本专利技术所提供的一种自主超车方法流程示意图，如图1所示，本专利技术所提供
的一种自主超车方法，包括：S101，定义状态晶格空间，并如图2所示；所述状态晶格空间中的位置坐标用于确定并表示车辆的位置；即为了方便基元的划分和生成。
[0022]S101具体包括：；其中，为状态晶格空间的位置矩阵，分别为横、纵坐标值的向量，为位置索引。
[0023]S102，根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数；所述轨迹参数包括：超车不同阶段的起点位置和终点位置、航向角、超车不同阶段的行驶速度和曲率；如图3所示，所述超车不同阶段包括：超车起始阶段、平行行驶阶段以及超车终止阶段；所述超车起始阶段为主车进行车道变更；所述平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自主超车方法，其特征在于，包括：定义状态晶格空间；所述状态晶格空间中的位置坐标用于确定并表示车辆的位置；根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数；所述轨迹参数包括：超车不同阶段的起点位置和终点位置、航向角、超车不同阶段的行驶速度和曲率；所述超车不同阶段包括：超车起始阶段、平行行驶阶段以及超车终止阶段；所述超车起始阶段为主车进行车道变更；所述平行行驶阶段为主车与待超越车辆平行行驶并执行超车；所述超车终止阶段为主车驶回原始车道；根据状态晶格空间以及在超车不同阶段的轨迹参数构建车辆运动模型；根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹；根据车辆预测轨迹进行超车轨迹跟踪，并利用基于半马尔科夫决策过程确定超车决策。2.根据权利要求1所述的一种自主超车方法，其特征在于，所述定义状态晶格空间，具体包括：；其中，为状态晶格空间的位置矩阵，分别为横、纵坐标值的向量，为位置索引。3.根据权利要求1所述的一种自主超车方法，其特征在于，所述根据状态晶格空间确定在超车不同阶段的轨迹参数，具体包括：利用公式确定主车与待超越车辆的最小车距；利用公式确定主车从超车起始阶段的起始点到超车起始阶段的终止点的矢量与水平之间的夹角；其中，为主车与待超越车辆的最小车距，为主车的速度，为主车后车，为常数，且为3秒的行驶时间，为车道的宽度，为主车的纵向长度。4.根据权利要求1所述的一种自主超车方法，其特征在于，所述根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹，之后还包括：利用以及采用拉格朗日乘子法和迭代优化法对所述车辆预测轨迹进行优化；其中，为代价函数，为控制参数，为车辆状态，为超车终止阶段的终点时间，为时变效用函数。5.根据权利要求1所述的一种自主超车方法，其特征在于，所述根据车辆运动模型生成车辆预测轨迹，之前还包括：在仿真平台中采用Stanley和PID控制器分别实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕超，鲁洪良，于洋，王昊阳，龚建伟，臧政，
申请(专利权)人：北理慧动北京教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：