一种基于社会力的车辆行为建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于社会力的车辆行为建模方法，用于车辆行为建模，包括步骤S1：将车辆行为分为横向模块和纵向模块，横向模块包括换道模式和非换道模式并且纵向模块包括自由行驶模式和跟车行驶模式。本发明专利技术公开的一种基于社会力的车辆行为建模方法，将车辆行为分为自由行驶，跟车行驶，换道行驶三种行为模式。自由行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力；横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力。跟车行驶模式下，在自由行驶模式的基础上增加了一个为避免与前车发生撞击而产生的纵向避撞阻力。力。力。

A vehicle behavior modeling method based on social forces

【技术实现步骤摘要】
一种基于社会力的车辆行为建模方法


[0001]本专利技术属于车辆行为建模
，具体涉及一种基于社会力的车辆行为建模方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术，尤其是人工智能技术的不断发展，越来越多的新技术被引入汽车领域，并用于辅助驾驶或自动驾驶技术的开发。然而，由于现实条件的约束，进行实车试验以证明车辆安全可控是一个经济和时间上消耗较大的方案。因此，越来越多的算法验证工作都需要经过大量仿真实验后才可以进行实车试验。在进行自动驾驶车辆仿真过程中，一种测试方法是让被测车辆处于逼真的交通环境中，记录其发生交通事故的频次，从而评价其在正常交通环境下是否可以保证安全。
[0003]为了建立逼真的交通环境，车辆的行为建模具有较高的重要性。目前主流方法是使用车辆动力学模型和复杂的决策方法建立车辆行为模型，其需要消耗较多的算力，难以满足快速测试的需求。社会力模型作为一种起初用于行为的模型，已经被一些研究人员用于车辆和非机动车的行为建模，社会力模型的优点之一是对算例要求较低，不需要复杂的车辆动力学模型几何完成车辆行为的模拟，但是模拟精度普遍较低。因此，智能驾驶车辆仿真测试领域需要一种基于社会力的较为准确的车辆行为建模方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种基于社会力的车辆行为建模方法，将车辆行为分为自由行驶，跟车行驶，换道行驶三种行为模式。自由行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力；横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力。跟车行驶模式下，在自由行驶模式的基础上增加了一个为避免与前车发生撞击而产生的纵向避撞阻力。换道模式下，将车辆的横向运动分为两个阶段，一个是接近中间车道线阶段，即前换道阶段和穿越中间车道线后的阶段，即后换道阶段。前换道阶段中，车辆纵向以自由行驶模式或跟车模式行驶；横向上受到来自中间车道线的阻力，来自目标车道中线的吸引力，来自目标车道上前车和后车的吸引力。
[0005]为达到以上目的，本专利技术提供一种基于社会力的车辆行为建模方法，用于车辆行为建模，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：将车辆行为分为横向模块和纵向模块，横向模块包括换道模式和非换道模式并且纵向模块包括自由行驶模式和跟车行驶模式；
[0007]步骤S1.1：在自由行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力，并且横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力；
[0008]步骤S1.2：在跟车行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力以及为避免与前车发生撞击而产生的(纵向)避撞阻力，并且横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力；
[0009]步骤S1.3：在换道模式下，将车辆的横向运动分为两个阶段，一个是接近中间车道线的前换道阶段，另一个是穿越中间车道线后的后换道阶段，前换道阶段中，车辆纵向以自由行驶模式或跟车模式行驶，并且车辆横向上受到来自中间车道线的阻力、来自目标车道中线的吸引力和来自目标车道上前车与后车的吸引力。
[0010]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1.1中，在自由行驶模式下，车辆受到为达到最佳行驶速度而产生的自驱动力公式为：
[0011][0012]式中，表示车辆i受到的自驱动力，为最佳行驶速度，m
i
为车辆i的质量，为车辆i的当前纵向速度，为车辆i的纵向行驶反应时间，x表示纵向，t表示时刻，为指向车辆纵向前方的单位向量。
[0013]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1.2中，在跟车行驶模式下，车辆前方存在另一个车辆j，行驶在同一车道线前方的车辆j会对车辆i产生纵向避撞阻力，公式为：
[0014][0015]式中，为车辆j会对车辆i产生纵向避撞力，m
i
为车辆i的质量，为增益系数，为车辆i和车辆j之间的车头间距，即车辆j车头与车辆i的车位之间的距离，为敏感度系数，e表示指数函数，为车辆j和车辆i在车道线方向上的单位向量；
[0016]车辆在纵向上所受合力为：
[0017][0018]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1.3中，在换道行驶模式下，车辆在横向上受到的力包括来自当前车道l1和目标车道中间的车道线l2的变道阻力来自目标车道的中心线cl2的吸引力来自位于纵向前方且在目标车道中行驶的前车k的目标车道前车吸引力和来自位于纵向后方且在目标车道中行驶的后车h的目标车道后车吸引力表达式分别为：
[0019][0020]式中，为增益系数，为车道线l2和车辆i的几何中心之间的距离，为敏感度系数，为从车道线l2指向车辆i的几何中心的单位向量，lc表示换道模式；
[0021][0022]式中，为增益系数，为目标车道中心线cl2和车辆i的几何中心之间的距离，为敏感度系数，为从车辆i的几何中心指向目标车道中心线cl2的单位向量；
[0023][0024]式中，为增益系数，为车辆i和目标车道前车k在车道线方向上的车头时距，为敏感度系数，为从车辆i的几何中心指向车辆k所在的目标车道中心线lc2的单位向量；
[0025][0026]式中，为增益系数，为目标车道后车h和车辆i在车道线方向上的车头时距，为敏感度系数，为从车辆i的几何中心指向目标车道中心线cl2的单位向量；
[0027]因此，换道行驶模式下车辆所受到的横向合力为：
[0028][0029]自由行驶模式和跟车行驶模式之间的切换条件为车辆i前方是否存在车辆j。
[0030]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，换道模式和非换道模式的切换条件包括：
[0031]a、换道后所受纵向合力与换道前所受纵向合力超过一定阈值a、换道后所受纵向合力与换道前所受纵向合力超过一定阈值(其中为阈值)；
[0032]b、目标车道不存在毗邻车辆，毗邻车辆指的是与车辆i并排行驶的车辆；
[0033]c、目标车道前车k和后车h与车辆i之间的碰撞时间ttc小于一定阈值ttc
thre
，ttc的计算公式为：
[0034][0035]式中，r
x
表示前后两车的车头间距，和分别为后车和前车的纵向速度。
[0036]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在自由行使模式、跟车行使模式或换道模式的后期中，车辆i受到来自当前车道两侧车道线的车道线保持力和以及来自车辆i所行驶的车道的中心线lc的阻尼力表达式为：
[0037][0038][0039]式中，表示来自车辆i所行驶的车道的左侧车道线的车道线保持力，表示来自车辆i所行驶的车道的右车道线的车道线保持力，和均为增益系数且均为增益系数且和分别为车辆i所行驶的车道的左右侧车道线与车辆i的几何中心之间的横向距离，和分别为由车辆i所行驶的车道的左右侧车道线指向车辆i的几何中心的单位向量；
[0040][0041]式中，c为阻尼系数，为车辆i的横向速度，cl表示当前车道中心线；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于社会力的车辆行为建模方法，用于车辆行为建模，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将车辆行为分为横向模块和纵向模块，横向模块包括换道模式和非换道模式并且纵向模块包括自由行驶模式和跟车行驶模式；步骤S1.1：在自由行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力，并且横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力；步骤S1.2：在跟车行驶模式下，车辆纵向受到为达到最佳速度而产生的自驱动力以及为避免与前车发生撞击而产生的避撞阻力，并且横向受到来自两侧车道线的车道线保持力和来自车道中线的中线阻尼力；步骤S1.3：在换道模式下，将车辆的横向运动分为两个阶段，一个是接近中间车道线的前换道阶段，另一个是穿越中间车道线后的后换道阶段，前换道阶段中，车辆纵向以自由行驶模式或跟车模式行驶，并且车辆横向上受到来自中间车道线的阻力、来自目标车道中线的吸引力和来自目标车道上前车与后车的吸引力。2.根据权利要求1所述的一种基于社会力的车辆行为建模方法，其特征在于，步骤S1.1中，在自由行驶模式下，车辆受到为达到最佳行驶速度而产生的自驱动力公式为：式中，表示车辆i受到的自驱动力，为最佳行驶速度，m
i
为车辆i的质量，为车辆i的当前纵向速度，为车辆i的纵向行驶反应时间，x表示纵向，t表示时刻，为指向车辆纵向前方的单位向量。3.根据权利要求2所述的一种基于社会力的车辆行为建模方法，其特征在于，步骤S1.2中，在跟车行驶模式下，车辆前方存在另一个车辆j，行驶在同一车道线前方的车辆j会对车辆i产生纵向避撞阻力，公式为：式中，为车辆j会对车辆i产生纵向避撞力，m
i
为车辆i的质量，为增益系数，为车辆i和车辆j之间的车头间距，即车辆j车头与车辆i的车位之间的距离，为敏感度系数，e表示指数函数，为车辆j和车辆i在车道线方向上的单位向量；车辆在纵向上所受合力为：4.根据权利要求3所述的一种基于社会力的车辆行为建模方法，其特征在于，步骤S1.3中，在换道行驶模式下，车辆在横向上受到的力包括来自当前车道l1和目标车道中间的车道线l2的变道阻力来自目标车道的中心线cl2的吸引力来自位于纵向前方且
在目标车道中行驶的前车k的目标车道前车吸引力和来自位于纵向后方且在目标车道中行驶的后车h的目标车道后车吸引力表达式分别为：式中，为增益系数，为车道线l2和车辆i的几何中心之间的距离，为敏感度系数，为从车道线l2指向车辆i的几何中心的单位向量，lc表示换道模式；式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡锦康，邓伟文，
申请(专利权)人：浙江天行健智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：