一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法及系统，其包括：步骤1，从非结构化场景下的交叉路口的中心开始，由内至外设置协同区域、接近区域和分流区域；步骤2，在所述接近区域设置虚拟道路中心线，取所述虚拟道路中心线与所述协同区域外边界线的交点作为转向点，从所述转向点开始，在所述虚拟道路中心线上间隔选取分流目标点；步骤3，确定每一区域内部以及不同区域之间的车辆优先级；步骤4，按照所述车辆优先级，依次对所述分流区域内车辆进行分流轨迹规划，使所述车辆在进入所述协同区域前行驶到所述虚拟道路中心线上；步骤5，将进入所述协同区域内车辆作为等待协同轨迹规划车辆，按照所述车辆优先级进行协同轨迹规划。轨迹规划。轨迹规划。

【技术实现步骤摘要】
一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法及系统


[0001]本专利技术涉及交叉路口多车协同通行控制
，特别是关于一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法及系统。

技术介绍

[0002]无信号灯的交叉路口是存在多种潜在碰撞风险的复杂场景。当多辆智能车同时通过交叉路口时，如何在保证安全的前提下有效提高全局通行效率，是多智能车协同规划领域的一个极具挑战性的问题。在城市结构化道路场景下，通过设计AIM scheme（英文全称为“Autonomous Intersection Management scheme”；中文全称为“交叉路口智能管理方案”），对交叉路口附近的CAVs（英文全称为“Connected and Autonomous Vehicles”；中文全称为“智能网联汽车”）进行统筹轨迹规划是提高交叉路口多车通行安全性和通行效率的有效手段。目前，针对非结构化交叉路口场景的研究比较少见。在智能露天矿山等场景，存在许多道路十分宽阔的非结构化交叉路口。当前，仍缺少用于解决非结构化交叉路口的多车协同规划问题的系统解决方案。
[0003]目前对AIM scheme研究的主要成果有：1）基于规则的方案：基于“预定”原则或者先到先走的规则，每次只有一辆车通过路口，也就是说，这种方法在同一时刻只允许一辆车行驶在路口区域，可以保障安全，但是限制了交叉路口的通行效率。
[0004]2）基于优化的方案：建立代价函数和碰撞约束，求解最优控制问题以得出最优规划。这种方法将交叉路口视作连续的自由空间，扩展了每辆车的通行区域，通过数值计算的方法求出兼顾所有车辆通行效率的全局最优解，旨在最大程度上提高整体的通行效率。但是对所有车辆完全没有路线和优先顺序方面的约束，车辆容易做出超车，变换到对面车道等“轻浮”的机动，导致通行太过于混乱，而且只能采用数值方法求解，求解时间过长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法及系统来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其包括：步骤1，从非结构化场景下的交叉路口的中心开始，由内至外设置协同区域、接近区域和分流区域；步骤2，在所述接近区域设置虚拟道路中心线，取所述虚拟道路中心线与所述协同区域外边界线的交点作为转向点，从所述转向点开始，在所述虚拟道路中心线上间隔选取分流目标点；步骤3，确定每一区域内部以及不同区域之间的车辆优先级；
步骤4，按照所述车辆优先级，依次对所述分流区域内车辆进行分流轨迹规划，使所述车辆在进入所述协同区域前行驶到所述虚拟道路中心线上；步骤5，将进入所述协同区域内车辆作为等待协同轨迹规划车辆，按照所述车辆优先级进行协同轨迹规划。
[0007]进一步地，所述步骤5具体包括：步骤51，根据所述协同轨迹规划车辆的未来机动，确定其离开所述交叉路口所通过的路口，以该所通过的路口的所有所述转向点作为可选择的协同轨迹规划终点，获得无碰撞的最优轨迹；步骤52，根据所述协同轨迹规划车辆的未来机动，将所述接近区域内满足预设要求的车辆构建成为碰撞集，判断所述碰撞集中的车辆与所述最优轨迹之间的空间重合点的数量是否为0，如果是，则选择该最优轨迹作为所述协同轨迹；反之，则进入步骤53；步骤53，判断所述协同轨迹规划车辆以车辆速度最大值匀速行驶的情况下是否在所述空间重合点处也发生时间上的重合，如果是，则放弃该最优轨迹，反之，界定为未发生碰撞，则按照如下规则确定所述协同轨迹：原则一，若存在至少两条所述最优轨迹未发生碰撞时，优先选择耗时较短的所述最优轨迹作为所述协同轨迹；原则二，所有所述最优轨迹均发生碰撞时，则选择所述空间重合点的数量最小的所述最优轨迹作为协同轨迹，并重新进行避免碰撞的速度规划。
[0008]进一步地，所述步骤52中的所述预设要求包括如下需要同时满足的三点要求：第一要求，或，且车辆位于所述协同轨迹规划车辆的左侧；其中，表示所述协同区域内的车辆集合，表示所述接近区域内位于所述虚拟道路中心线上的车辆集合；第二要求，车辆与所述协同轨迹规划车辆存在交叉碰撞、汇入碰撞或追尾碰撞三种碰撞情形之一；第三要求，当所述协同轨迹规划车辆到达开始所述转向点时，而车辆还未驶出所述协同区域。
[0009]进一步地，所述步骤53中的“速度规划”的方法具体包括：步骤531，建立最优控制模型（1）：
式（1）中，为代价函数，、权重，为第个时间步长，为第个时间步长，、分别为将时间离散化后待协同轨迹规划的车辆协同轨迹规划车辆的加速度、速度；式（2）为车辆的运动学约束，、分别为笛卡尔坐标系下协同轨迹规划车辆的位置坐标、朝向角、加速度；式（3）为车辆边值约束，、、、分别为大地坐标系下协同轨迹规划车辆的刚进入协同区域时的初始位置、驶出协同区域时的最终位置、进入协同区域的起点和终点的位置坐标和朝向角；式（4）是对车辆速度和加速度的最大限制，为车辆加速度最大值；式（5）是车辆的碰撞约束，、分别为大地坐标系下第个空间重合点的坐标、协同轨迹规划车辆在碰撞集中车辆到达第个空间重合点的时刻位置的坐标，为空间重合点的总数，、分别为车辆间的横向和纵向的安全距离。
[0010]进一步地，所述步骤2中的“在所述接近区域设置虚拟道路中心线”的方法具体包括：步骤21，将接近区域内的两侧道路边界朝相向的方向平移预设距离，然后进行平滑处理，获得两条虚拟道路中心线；步骤22，在已获得的两条虚拟道路中心线的基础上，再采用所述步骤31相同的平移方法，得到其它的虚拟道路中心线。
[0011]进一步地，所述步骤3确定的每一区域内部的车辆优先级为：在同一区域中的车辆，每辆车辆的优先级与该车辆到所述中心之间的距离成反比；所述步骤3确定的不同区域之间的车辆优先级为：所述协同区域内优先级最低的车辆在不同区域的优先级高于所述接近区域内优先级最高的车辆，所述接近区域
内优先级最低的车辆在不同区域的优先级高于所述分流区域内优先级最高的车辆。
[0012]本专利技术还提供一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行系统，其包括：分区单元，其用于从非结构化场景下的交叉路口的中心开始，由内至外设置协同区域、接近区域和分流区域；优先级确定单元，其用于确定每一区域内部以及不同区域之间的车辆优先级；虚拟道路中心线设置单元，其用于在所述接近区域设置虚拟道路中心线，取所述虚拟道路中心线与所述协同区域外边界线的交点作为转向点，从所述转向点开始，在所述虚拟道路中心线上间隔选取分流目标点；分流规划单元，其用于按照所述车辆优先级，依次对所述分流区域内车辆进行分流轨迹规划，使所述车辆在进入所述协同区域前行驶到所述虚拟道路中心线上；协同规划单元，其用于将进入所述协同区域内车辆作为等待协同轨迹规划车辆，按照所述车辆优先级进行协同轨迹规划。
[0013]进一步地，所述协同规划单元具体包括：最优轨迹获取子单元，其用于所述协同轨迹规划车辆的未来机动，确定其离开所述交叉路口所通过的路口，以该所通过的路口的所有所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其特征在于，包括：步骤1，从非结构化场景下的交叉路口的中心开始，由内至外设置协同区域、接近区域和分流区域；步骤2，在接近区域设置虚拟道路中心线，取虚拟道路中心线与协同区域外边界线的交点作为转向点，从转向点开始，在虚拟道路中心线上间隔选取分流目标点；步骤3，确定每一区域内部以及不同区域之间的车辆优先级；步骤4，按照车辆优先级，依次对分流区域内车辆进行分流轨迹规划，使车辆在进入协同区域前行驶到虚拟道路中心线上；步骤5，将进入协同区域内车辆作为等待协同轨迹规划车辆，按照车辆优先级进行协同轨迹规划。2.如权利要求1的非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其特征在于，步骤5具体包括：步骤51，根据协同轨迹规划车辆的未来机动，确定其离开交叉路口所通过的路口，以该所通过的路口的所有转向点作为可选择的协同轨迹规划终点，获得无碰撞的最优轨迹；步骤52，根据协同轨迹规划车辆的未来机动，将接近区域内满足预设要求的车辆构建成为碰撞集，判断碰撞集中的车辆与最优轨迹之间的空间重合点的数量是否为0，如果是，则选择该最优轨迹作为协同轨迹；反之，则进入步骤53；其中，所述预设要求包括如下需要同时满足的三点要求：第一要求，或，且车辆位于协同轨迹规划车辆的左侧；其中，表示协同区域内的车辆集合，表示接近区域内位于虚拟道路中心线上的车辆集合；第二要求，车辆与协同轨迹规划车辆存在交叉碰撞、汇入碰撞或追尾碰撞三种碰撞情形之一；第三要求，当协同轨迹规划车辆到达开始转向点时，而车辆还未驶出协同区域；步骤53，判断协同轨迹规划车辆以车辆速度最大值匀速行驶的情况下是否在空间重合点处也发生时间上的重合，如果是，则放弃该最优轨迹，反之，界定为未发生碰撞，则按照如下规则确定协同轨迹：原则一，若存在至少两条最优轨迹未发生碰撞时，优先选择耗时较短的最优轨迹作为协同轨迹；原则二，所有最优轨迹均发生碰撞时，则选择空间重合点的数量最小的最优轨迹作为协同轨迹，并重新进行避免碰撞的速度规划。3.如权利要求2的非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其特征在于，步骤53中的“速度规划”的方法具体包括：步骤531，建立最优控制模型（1）：碰撞约束s.t.
式（1）中，为代价函数，、权重，为第个时间步长，为第个时间步长，、分别为将时间离散化后待协同轨迹规划的车辆协同轨迹规划车辆的加速度、速度；式（2）为车辆的运动学约束，别为笛卡尔坐标系下协同轨迹规划车辆的位置坐标、朝向角、加速度，为笛卡尔坐标系下协同轨迹规划车辆的横向速度，为笛卡尔坐标系下协同轨迹规划车辆的纵向速度，为笛卡尔坐标系下协同轨迹规划车辆的角速度；式（3）为车辆边值约束，、、、分别为大地坐标系下协同轨迹规划车辆的刚进入协同区域时的初始位置、驶出协同区域时的最终位置、进入协同区域的起点和终点的位置坐标和朝向角，为车辆在初始位置的速度；式（4）是对车辆速度和加速度的最大限制，为车辆加速度最大值，为非结构化场景设立的速度上限；式（5）是车辆的碰撞约束，、分别为大地坐标系下第个空间重
合点的坐标、协同轨迹规划车辆在碰撞集中车辆到达第个空间重合点的时刻位置的坐标，为空间重合点的总数，、分别为车辆间的横向和纵向的安全距离。4.如权利要求1
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3中任一项的非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其特征在于，步骤2中的“在接近区域设置虚拟道路中心线”的方法具体包括：步骤21，将接近区域内的两侧道路边界朝相向的方向平移预设距离，然后进行平滑处理，获得两条虚拟道路中心线；步骤22，在已获得的两条虚拟道路中心线的基础上，再采用步骤31相同的平移方法，得到其它的虚拟道路中心线。5.如权利要求4的非结构化场景下的交叉路口多车协同通行方法，其特征在于，步骤3确定的每一区域内部的车辆优先级为：在同一区域中的车辆，每辆车辆的优先级与该车辆到中心之间的距离成反比；步骤3确定的不同区域之间的车...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，秦晓辉，徐彪，谢国涛，王晓伟，秦兆博，
申请(专利权)人：江苏集萃清联智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：