一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑车间交互行为的自动驾驶类人决策、规划与控制方法。包括：建立驾驶员风格动态识别模型，识别周车驾驶风格；设计考虑通行安全、通行效率和驾驶舒适性的决策成本函数；基于完全信息非合作博弈理论，建立一种考虑博弈双方驾驶风格的换道决策模型，通过引入Stackelberg博弈来解决博弈双方之间的动态交互行为和决策制定；建立行车风险场模型，完成道路环境的风险感知；提出一种基于风险场的模型预测控制算法，通过控制器的优化器求解出最优路径和控制序列，从而同步实现路径规划和运动控制。本发明专利技术能够处理复杂交通场景下的交互行为，做出合理的类人换道决策，并且，可以实时为车辆规划出一条合理的无碰撞轨迹，具有良好的应用潜力。具有良好的应用潜力。具有良好的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，特别是涉及一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法。

技术介绍

[0002]在未来人类驾驶和自动驾驶混行的交通流环境下，自动驾驶车辆的换道决策行为受到周围车辆的影响，特别是受驾驶员驾驶风格不确定性的影响，使得换道轨迹的规划变得十分复杂。如何使车辆在充满不确定性的复杂环境中做出合理的决策一直是自动驾驶决策算法的核心瓶颈之一。国内外大多数关于驾驶风格的研究往往只考虑交互双方中一方的驾驶风格。事实上，对于行驶中动态交互的两车，驾驶双方驾驶风格的不同会对决策的结果有很大的影响。因此，在设计自动驾驶换道决策算法时，必须同时考虑交互车辆的驾驶风格，以探究具有不同驾驶风格的自动驾驶车辆在动态交互与决策制定上的特征与规律。
[0003]此外，如果在设计决策算法时缺少车辆规划路径与运动控制的实时反馈，容易导致规划的路径缺乏可行性。不理想或者超出约束范围的路径可能会造成车辆行驶安全性和驾乘舒适性下降。因此，必须提出一种能够实时响应车辆决策，并进行路径规划与运动控制的方法，使自动驾驶汽车具备更好的灵活性和行驶稳定性。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是，提供考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，以解决自动驾驶车辆未能充分量化评估周围车辆驾驶风格对自车驾驶行为的影响，而导致的换道决策、路径规划、运动控制合理性不足、可能存在安全风险等问题。同时，本专利技术还探究不同驾驶风格的自动驾驶车辆在动态交互与决策制定上的特征与规律，有利于实现自动驾驶车辆对不同类型驾驶员的个性化驾驶，变“人适应车”的现状为“车适应人”，让自动驾驶车辆能够做到类人驾驶。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0006]S1，通过自动驾驶车辆的车载数据采集设备获取自身、周围车辆以及环境信息；
[0007]S2,基于自然驾驶场景下采集的周围车辆行驶数据，实现对周车驾驶风格的识别，并将不同驾驶风格的特征嵌入到决策成本函数和行车风险场的设计中；
[0008]S3,为主车和后车设计考虑通行安全、通行效率和驾驶舒适性的决策成本函数；
[0009]S4，基于完全信息非合作博弈理论，建立一种考虑主车、后车驾驶风格和交互行为的换道决策模型，引入Stackelberg博弈来解决主车、后车之间的动态交互行为和决策制定；
[0010]S5，建立行车风险场模型，完成道路环境的风险感知；
[0011]S6，结合风险场模型和模型预测控制算法实时为主车规划一条无碰撞换道路径，并同步实现主车的运动控制。
[0012]进一步地，步骤S1中,车载数据采集设备采集的信息包括自动驾驶主车、后车的位置、速度、航向角，各车道的最高速度限制等信息。
[0013]进一步地，步骤S2中，对驾驶风格定量分析，将驾驶风格划分为激进型驾驶风格、稳健型驾驶风格、保守型驾驶风格。并建立驾驶风格动态识别模型，识别周围车辆驾驶风格。
[0014]作为优化，在决策、规划与控制模块中同时考虑博弈双方车辆的驾驶风格，将不同驾驶风格的特征嵌入到步骤S3决策成本函数和步骤S5行车风险场的设计中。
[0015]作为优化，步骤S3中，基于不同驾驶风格，设计考虑通行安全、通行效率和驾驶舒适性的决策成本函数；
[0016]其中，主车决策成本函数如下：
[0017][0018]式中和分别代表主车驾驶安全成本，驾驶舒适性成本，通行效率成本。和为各自相对应的权重系数；
[0019]在步骤S3中，由于后车不考虑换道行为，因此，后车的决策成本函数与主车有两个不同之处，首先，后车的横向驾驶安全成本等于主车的横向驾驶安全成本；其次，后车的驾驶舒适性成本只与纵向加速度有关。
[0020]作为优化，步骤S4中，博弈双方不是独立的，两者相互影响对方决策的制定；
[0021]当主车具有换道意图时，主车与后车开始博弈，具体过程如下：
[0022]主车首先计算向左、向右换道时的最低决策成本，并选择向决策成本更低的道路进行换道，同时停止与另一侧车道后车的博弈；
[0023]主车开启转向灯并试探性横移，以提醒目标车道后车自身的换道请求；目标车道后车收到提醒，计算出当前自身决策成本最低时的纵向加速度；然后，主车再次计算出当前自身决策成本最低时的换道决策和纵向加速度；
[0024]博弈双方决策模块判断双方的最低决策成本是否均达到最优均衡，即双方的决策成本函数的最小值是否不再发生变化或变化极小；若未达到最优均衡，则依次重复计算主车、目标车道后车最低决策成本，直到博弈双方均达到最优均衡为止；若博弈双方决策成本函数均达到最优均衡，本次博弈结束；主车、目标车道后车才将最优决策命令传入各自的规划与控制模块。
[0025]进一步的，步骤S4中的主从博弈的双层优化问题，本专利技术中采用双层遗传进化算法来求解该双层优化问题。并且，为满足决策的实时性，博弈的最优解是在每一个时刻计算出来的。
[0026]作为优化，步骤S5中，基于障碍车辆的外形尺寸、驾驶风格及道路环境，建立了实时交通环境的统一风险场模型，完成道路环境的风险感知，行车风险场模型如下：
[0027][0028]式中P
oc
、P
r1
、P
r2
分别代表障碍车辆风险场、道路边界线风险场以及道路分界线风险场模型，m、n、z分别代表障碍车、道路边界线以及道路分界线数量。
[0029]作为优化，步骤S6中，提出了一种耦合路径规划和运动控制的控制策略，具体过程
如下：
[0030]基于车辆预测模型，利用行车风险场的场强分布、横向距离偏差、航向角偏差以及控制量增量设计控制器的目标函数，并将控制过程中控制量约束和动力学约束作为约束条件；通过典型的优化求解算法，求解得到的最低风险场场强位置作为下一时刻规划的路径，求解出的最优前轮转角使车辆到达规划的路径，这样同步实现路径规划和运动控制；并在下一时刻进行新一轮的优化求解，以此往复，直至主车换道结束。
[0031]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于Stackelberg博弈进行了决策算法建模，然后根据决策的结果实时进行了路径规划和运动控制，并将车辆状态和路径参数反馈给决策模块，进而设计出一个考虑车辆交互和驾驶风格的闭环决策框架。同时考虑了交互双方车辆的驾驶风格，并将不同驾驶风格的特征嵌入到决策成本函数和行驶风险场模型的设计中，研究了不同的驾驶风格对决策和路径规划的影响。本专利技术的决策模型能够处理复杂交通场景下的交互行为，做出合理的类人换道决策，并且，基于行车风险场的模型预测控制控制器可以实时为主车规划出一条合理的无碰撞轨迹，具有良好的应用潜力。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例提供的自动驾驶车辆类人决策、规划与控制原理图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，其特征在于，包括以下步骤，S1，通过自动驾驶车辆的车载数据采集设备获取自身、周围车辆以及环境信息；S2,基于自然驾驶场景下采集的周围车辆行驶数据，实现对周车驾驶风格的识别，并将不同驾驶风格的特征嵌入到决策成本函数和行车风险场的设计中；S3,为主车和后车设计考虑通行安全、通行效率和驾驶舒适性的决策成本函数；S4，基于完全信息非合作博弈理论，建立一种考虑主车、后车驾驶风格和交互行为的换道决策模型，引入Stackelberg博弈来解决主车、后车之间的动态交互行为和决策制定；S5，建立行车风险场模型，完成道路环境的风险感知；S6，结合风险场模型和模型预测控制算法实时为主车规划一条无碰撞换道路径，并同步实现主车的运动控制。2.如权利要求1所述的一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，其特征在于：在决策、规划与控制模块中同时考虑博弈双方车辆的驾驶风格，将不同驾驶风格的特征嵌入到步骤S3决策成本函数和步骤S5行车风险场的设计中。3.如权利要求1所述的一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，其特征在于：步骤S3中，基于不同驾驶风格，设计考虑通行安全、通行效率和驾驶舒适性的决策成本函数；其中，主车决策成本函数如下：式中和分别代表主车驾驶安全成本，驾驶舒适性成本，通行效率成本。和为各自相对应的权重系数；在步骤S3中，由于后车不考虑换道行为，因此，后车的决策成本函数与主车有两个不同之处，首先，后车的横向驾驶安全成本等于主车的横向驾驶安全成本；其次，后车的驾驶舒适性成本只与纵向加速度有关。4.如权利要求1所述的一种考虑车间交互的自动驾驶类人决策、规划与控制方法，其特征在于：步骤S4中，博弈双方不是独立的，两者相互影响对方决策的制定；当主车具有换道意图时，主车与后车开始博弈，具体过程如下：主车首先计算向左、向右换道时的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洲，黎攀，卢祥伟，蒲雷，胡海玉，叶明，
申请(专利权)人：重庆清研理工智能控制技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：