一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法，首先，采集路段车道数、自动驾驶车辆长度，采集自动驾驶车辆当前所在车道、当前行驶车速、当前距离交叉口停车线的距离以及自动驾驶车辆进入交叉口的时刻；其次，根据每辆自动驾驶车辆当前距离交叉口停车线的距离和进入交叉口的时刻，确定自动驾驶车辆在路段上的行驶距离和行驶时间之间的关系式，确定自动驾驶车辆在每个时间步长内的速度和加速度；最后，建立考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化模型。本发明专利技术方法能应用于未来自动驾驶环境下，为自动驾驶车辆规划路段行驶轨迹，确保自动驾驶车辆准时到达并进入交叉口的同时，还能降低车辆的能耗。还能降低车辆的能耗。还能降低车辆的能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法


[0001]本专利技术属于智能交通控制领域，涉及在自动驾驶环境下，自动驾驶车辆在城市路段上行驶的交通控制
，更具体地说，涉及一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法。

技术介绍

[0002]自动驾驶车辆可相互通信、相互协调地通行，无需驾驶员进行任何操作。对自动驾驶车辆的行驶轨迹规划、车速引导、交通控制等已成为如今的研究热点，此外，当今世界倡导发展绿色交通，车辆的能耗问题也是目前的重点研究方向。
[0003]目前大部分面向自动驾驶车辆轨迹优化的研究都是针对交叉口进行的，通过智能交通控制方法，使车辆在交叉口内安全顺畅地通行，对自动驾驶车辆最佳进入交叉口的时刻进行了优化，为车辆分配了最佳的通行权，但是，没有考虑到自动驾驶车辆的能耗问题以及在路段上的行驶轨迹优化。
[0004]因此，本专利技术提出了一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法，从自动驾驶车辆在路段上的行驶轨迹出发，分析了车辆油耗与速度和加速度之间的关系，如何确保自动驾驶车辆能在油耗最小的情况下，准时在进入交叉口时刻到达停车线并进入交叉口，则是需要解决的主要问题。
[0005]经对现有技术的文献检索发现，已有较多针对自动驾驶环境下交叉口的交通控制研究成果，但其大部分是以自动驾驶车辆延误最小为目标函数，有的研究中将车辆行驶速度作为定值，忽略了速度的可变性，且鲜有考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化的相关研究。

技术实现思路

[0006]技术问题：针对现有研究的不足，本专利技术的目的是提供一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法，在自动驾驶环境下，从自动驾驶车辆在路段上的行驶轨迹优化和油耗量出发，通过微观油耗模型将自动驾驶车辆的能耗与速度和加速度联系起来，实时计算每一台自动驾驶车辆的油耗，同时对自动驾驶车辆在路段上的行驶时间、行驶速度和加速度进行约束，使得所有自动驾驶车辆的总油耗最小，在确保自动驾驶车辆准时到达交叉口停车线的同时，还能节省能源消耗。
[0007]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的方法，包括如下步骤：步骤1：采集自动驾驶车辆当前所在车道、当前行驶车速、当前距离交叉口停车线的距离，采集自动驾驶车辆长度，输入自动驾驶车辆进入交叉口的时刻；步骤11：采集自动驾驶车辆行驶路段的车道数，用n表示，并按照从内到外的顺序对各车道进行编号，记为l，l∈{1，2，...，n}；采集自动驾驶车辆的长度，用L表示，单位为米；采集某一时刻路段上各车道的自动驾驶车辆数，记为N
l
，并将各车道上的自动驾驶车辆根据距离交叉口的距离，按照从小到大的顺序进行编号，记为i
l
，i
l
∈{1，2，...，N
l
}；采集自
动驾驶车辆行驶的基本数据，包括：当前所在车道，记为l
i
， l
i
∈{1，2，...，l}；当前时刻，记为t0，进入交叉口的时刻，记为单位均为秒；当前行驶车速，记为单位为米每秒；距离交叉口停车线的距离，记为单位为米；步骤2：将自动驾驶车辆的行驶时间划分为等步长的时间段，根据每台自动驾驶车辆当前距离交叉口停车线的距离和进入交叉口的时刻，确定自动驾驶车辆在路段上的行驶距离和行驶时间之间的关系式，确定自动驾驶车辆在每个时间步长内的速度和加速度；步骤21：为保障自动驾驶车辆准时到达交叉口，自动驾驶车辆在距离停车线的情况下，行驶的时间需满足公式(1)：步骤22：将车道l上第i台自动驾驶车辆的行驶时间离散为等步长的B小段，如公式(2)所示，依次将各小段的时间进行编号，记为J，J∈{1，2，...，B}：步骤23：自动驾驶车辆行驶的速度应该满足公式(3)
‑
(5)：(5)：(5)：公式(3)中，为车道l上第i台自动驾驶车辆在时间段j＝1时对应的速度，单位为米每秒；为车道l上第i台自动驾驶车辆在时间段j＝1时对应的加速度，单位为米每二次方秒；公式(4)中，为车道l上第i台自动驾驶车辆在j时刻的速度，单位为米每秒；为车道l上第i台自动驾驶车辆在j时刻的加速度，单位为米每二次方秒；公式(5)中，V
min
为路段最小限速，V
max
为路段最大限速，单位均为米每秒；步骤24：自动驾驶车辆的行驶距离应满足公式(6)：步骤25：确保距离交叉口越近的车辆先进入交叉口，如公式(7)所示：公式(7)中，为车道l上第i台自动驾驶车辆距离交叉口停车线的距离，为车道l上第i+1台自动驾驶车辆距离交叉口停车线的距离，L表示自动驾驶车辆长度，d表示安全车距，单位均为米；步骤26：自动驾驶车辆的加速度应满足公式(8)；考虑到自动驾驶车辆在交叉口内的行车安全，车辆到达交叉口时的加速度应满足公式(9)，且进入交叉口时的速度应小于等于交叉口最大限速，如公式(10)所示；如公式(10)所示；如公式(10)所示；
公式(8)中，a
min
为自动驾驶车辆最低加速度，a
max
为最高加速度，单位均为米每二次方秒；公式(10)中，表示车道l上第i台自动驾驶车辆进入交叉口时的速度，为交叉口最大限速，单位均为米每秒；步骤27：考虑到自动驾驶车辆的加速度变化会影响乘客舒适性，设置加速度的变化率满足公式(11)的约束；当车速达到最大后，保持匀速行驶会使得自动驾驶车辆能耗更小，满足公式(12)的约束：满足公式(12)的约束：公式(11)中，为车道l上第i台自动驾驶车辆在j时刻的加速度，为车道l上第i台自动驾驶车辆在 j
‑
1时刻的加速度，Δa
min
为自动驾驶车辆加速度变化率的最小值，Δa
max
为车辆加速度变化率的最大值，单位均为米每二次方秒；公式(12)中，v
′
为车辆最大行驶速度，单位为米每秒；步骤3：使用微观油耗模型实时计算每一台自动驾驶车辆的油耗，以全部自动驾驶车辆的总油耗最小为目标，计算得出自动驾驶车辆在路段上的行驶轨迹；步骤31：计算每一台自动驾驶车辆的油耗量，其油耗计算如公式(13)所示：公式(13)中，表示车道l上第i台自动驾驶车辆的油耗，单位为升；为速度的幂为“p”且加速度的幂为“q”时，对应的燃油模型拟合系数，其取值与加速度相关，如公式(14)所示：步骤32：以所有自动驾驶车辆的总油耗量E最小为目标，建立目标函数，如公式(15)所示，结合公式(1)
‑
(14)，优化所有自动驾驶车辆的速度和加速度，获得自动驾驶车辆的路段行驶轨迹：
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采集自动驾驶车辆进入交叉口的时刻、当前车速、当前所在车道、当前距离交叉口停车线的距离、自动驾驶车辆长度等参数，对自动驾驶车辆的能耗问题加以考虑，优化自动驾驶车辆在路段上的速度和加速度，确定每一台自动驾驶车辆的路段行驶轨迹，确保自动驾驶车辆准时到达停车线并进入交叉口的同时，还能降低车辆的能耗。
附图说明
[0009]图1为本专利技术方法的流程图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑能耗的自动驾驶车辆路段行驶轨迹优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：采集自动驾驶车辆当前所在车道、当前行驶车速、当前距离交叉口停车线的距离，采集自动驾驶车辆长度，输入自动驾驶车辆进入交叉口的时刻；步骤2：将自动驾驶车辆的行驶时间划分为等步长的时间段，根据每台自动驾驶车辆当前距离交叉口停车线的距离和进入交叉口的时刻，确定自动驾驶车辆在路段上的行驶距离和行驶时间之间的关系式，确定自动驾驶车辆在每个时间步长内的速度和加速度；步骤3：使用微观油耗模型实时计算每一台自动驾驶车辆的油耗，以全部自动驾驶车辆的总油耗最小为目标，计算得出自动驾驶车辆在路段上的行驶轨迹；所述步骤1，包含如下步骤：步骤11：采集自动驾驶车辆行驶路段的车道数，用n表示，并按照从内到外的顺序对各车道进行编号，记为l，l∈{1,2,
…
,n}；采集自动驾驶车辆的长度，用L表示，单位为米；采集某一时刻路段上各车道的自动驾驶车辆数，记为N
l
，并将各车道上的自动驾驶车辆根据距离交叉口的距离，按照从小到大的顺序进行编号，记为i
l
，i
l
∈{1,2,
…
,N
l
}；采集自动驾驶车辆行驶的基本数据，包括：当前所在车道，记为l
i
，l
i
∈{1,2,
…
,l}；当前时刻，记为t0，进入交叉口的时刻，记为单位均为秒；当前行驶车速，记为单位为米每秒；距离交叉口停车线的距离，记为单位为米；所述步骤2，包含如下步骤：步骤21：为保障自动驾驶车辆准时到达交叉口，自动驾驶车辆在距离停车线的情况下，行驶的时间需满足公式(1)：步骤22：将车道l上第i台自动驾驶车辆的行驶时间离散为等步长的B小段，如公式(2)所示，依次将各小段的时间进行编号，记为J，J∈{1,2,
…
,B}：步骤23：自动驾驶车辆行驶的速度应该满足公式(3)
‑
(5):(5):(5):公式(3)中，为车道l上第i台自动驾驶车辆在时间段j＝1时对应的速度，单位为米每秒；为车道l上第i台自动驾驶车辆在时间段j＝1时对应的加速度，单位为米每二次方秒；公式(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，罗小玉，杨家伟，刘洋，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：