基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，包括以下步骤：S1、计算智能网联车辆的初始轨迹；S2、判断智能网联车辆与前方车辆的交互关系；S3、根据步骤S2中的交互关系将智能网联车辆分为三类：不受前车影响的车队首车CAVⅠ、受前车影响的车队首车CAVⅡ、车队跟随车CAVⅢ；S4、CAVⅠ类型的智能网联车辆其最优轨迹即为步骤S1的初始轨迹；S5、CAVⅡ类型的智能网联车辆其最优轨迹需引入校正模型修正步骤S1的初始轨迹；S6、CAVⅢ类型的智能网联车辆其最优轨迹需引入校正模型修正以最大速度匀速行驶的初始轨迹。本发明专利技术根据交互关系将智能网联车辆为每种类型的智能网联车辆分别设计轨迹规划方法，轨迹规划结果针对性更强。果针对性更强。果针对性更强。

【技术实现步骤摘要】
基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法


[0001]本专利技术涉及智能网联车辆轨迹规划的
，尤其是涉及一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]随着通信技术和控制技术的进一步发展，智能网联车辆将逐渐普及，其被认为是解决交通拥堵的新兴解决方案。轨迹规划作为智能网联车辆技术中的重要环节，对于充分发挥智能网联车辆可控性强的特点具有相当重要的作用。
[0003]现有的智能网联车辆轨迹规划方法中，通常以乘客舒适度最高、车辆燃油消耗最少等为目标，以智能网联车辆的动态方程、速度限制、加速度限制作为约束条件，建立初始条件与终止条件之间的最优控制问题，并将其离散化采用非线性规划方法求解最优控制问题，得到智能网联车辆的最优轨迹，但未充分考虑不同情况下智能网联车辆轨迹规划方法的差异性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，其根据智能网联车辆与前方车辆的交互关系将其分为不同的车辆类型，针对不同类型的智能网联车辆分别设计轨迹规划方法，简化了部分情况下轨迹规划的过程。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，包括以下步骤：
[0006]S1、计算智能网联车辆不考虑跟驰约束的初始轨迹；
[0007]S2、判断智能网联车辆与前方车辆的交互关系，并根据交互关系将智能网联车辆分为三类：不受前车影响的车队首车CAVⅠ、受前车影响的车队首车CAVⅡ以及车队跟随车CAVⅢ；
[0008]S3、对于CAVⅠ类型的智能网联车辆，其最优轨迹即为步骤S1的初始轨迹；
[0009]S4、对于CAVⅡ类型的智能网联车辆，其最优轨迹需引入校正模型修正步骤S1的初始轨迹，以使智能网联车辆满足跟驰约束条件；
[0010]S5、对于CAVⅢ类型的智能网联车辆，其最优轨迹需引入校正模型修正以最大速度匀速行驶的轨迹，以使智能网联车辆尽快与前车组成车队。
[0011]按上述方案，所述步骤S1包括以下步骤：
[0012]S101、智能网联车辆到达交叉口控制区边界时，向中央控制器发送其到达时刻、位置、速度、加速度、加速度变化率的当前行驶信息，中央控制器以交叉口内部车均延误最小为目标，为智能网联车辆分配组队需求和通行次序，并将各车的警示线预定到达时刻、速度、加速度、加速度变化率的待执行行驶信息发送至智能网联车辆；
[0013]S102、根据智能网联车辆的当前行驶信息获取其初始条件x0:t＝t0,s0＝(u0,a0,
v0,z0)；
[0014]式中，t0表示初始时刻，s0表示初始状态，u0表示初始加速度变化率，a0表示初始加速度，v0表示初始速度，x0表示初始位置；
[0015]S103、根据智能网联车辆的待执行行驶信息获取其终止条件x
f
:t＝t
f
,s
f
＝(u
f
,a
f
,v
f
,x
f
)；
[0016]式中，t
f
表示终止时刻，s
f
表示终止状态，u
f
表示终止加速度变化率，a
f
表示终止加速度，v
f
表示终止速度，x
f
表示终止位置；
[0017]S104、建立智能网联车辆在初始条件和终止条件之间的最优控制模型，具体表达式如下：
[0018]目标函数：
[0019][0020]约束条件：
[0021][0022]u
min
≤u(t)≤u
max
[0023]a
min
≤a(t)≤a
max
[0024]v
min
≤v(t)≤v
max
[0025]式中，目标函数保证车辆行驶过程中乘客舒适度最高，约束条件保证车辆行驶过程中满足系统动力学方程和车辆性能约束，其中，u(t)表示加速度变化率关于时间的函数，a(t)表示加速度关于时间的函数，v(t)表示速度关于时间的函数，x(t)表示位移关于时间的函数，u
min
、u
max
分别表示加速度变化率的下限和上限，a
min
、a
max
分别表示加速度的下限和上限，v
min
、v
max
分别表示速度的下限和上限；
[0026]S105、将步骤S104中的最优控制模型离散化，使用非线性规划求解该问题，得到智能网联车辆的初始轨迹。
[0027]按上述方案，所述步骤S2包括以下步骤：
[0028]S201、获取步骤S101中央控制器为智能网联车辆分配的组队需求；
[0029]S202、若智能网联车辆无需与前方车辆组队，且按照步骤S1的初始轨迹不会与前方车辆追尾，则将其归类为不受前车影响的车队首车CAVⅠ；
[0030]S203、若智能网联车辆无需与前方车辆组队，且按照步骤S1的初始轨迹会与前方车辆追尾，则将其归类为受前车影响的车队首车CAVⅡ；
[0031]S204、若智能网联车辆需要与前方车辆组队，且以最大速度匀速行驶会与前方车辆追尾，则将其归类为车队跟随车CAVⅢ；
[0032]S205、若智能网联车辆需要与前方车辆组队，且以最大速度匀速行驶不会与前方车辆最为，则将其归类为不受前车影响的车队首车CAVⅠ。
[0033]按上述方案，所述步骤S4包括以下步骤：
[0034]S401、提取当前车辆初始轨迹与前方车辆临界轨迹相交部分的中值时刻作为CAV
Ⅱ
轨迹规划的分段时刻t
α
，若车辆初始轨迹与前方车辆临界轨迹相交，则判定追尾；
[0035]S402、提取前方车辆在分段时刻t
α
的状态作为CAVⅡ的分段状态s
α
＝(u
α
,a
α,
v
α,
x
α
)；
[0036]式中，s
α
表示分段状态，u
α
表示分段加速度变化率，a
α
表示分段加速度，v
α
表示分段速度，x
α
表示分段位置；
[0037]S403、使用步骤S1分别计算当前车辆在初始条件x0:t＝t0,s0＝(u
0,
a
0,
v0,x0)和分段条件x
α
:t＝t
α
,s
α
＝(u
α
,a
α
,v
α
,x
α
)之间、分段条件x
α
:t＝t
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算智能网联车辆不考虑跟驰约束的初始轨迹；S2、判断智能网联车辆与前方车辆的交互关系，并根据交互关系将智能网联车辆分为三类：不受前车影响的车队首车CAVI、受前车影响的车队首车CAVII以及车队跟随车CAVIII；S3、对于CAVI类型的智能网联车辆，其最优轨迹即为步骤S1的初始轨迹；S4、对于CAVII类型的智能网联车辆，其最优轨迹需引入校正模型修正步骤S1的初始轨迹，以使智能网联车辆满足跟驰约束条件；S5、对于CAVIII类型的智能网联车辆，其最优轨迹需引入校正模型修正以最大速度匀速行驶的轨迹，以使智能网联车辆尽快与前车组成车队。2.根据权利要求1所述的一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S101、智能网联车辆到达交叉口控制区边界时，向中央控制器发送其到达时刻、位置、速度、加速度、加速度变化率的当前行驶信息，中央控制器以交叉口内部车均延误最小为目标，为智能网联车辆分配组队需求和通行次序，并将各车的警示线预定到达时刻、速度、加速度、加速度变化率的待执行行驶信息发送至智能网联车辆；S102、根据智能网联车辆的当前行驶信息获取其初始条件x0：t＝t0，s0＝(u0，a0，v0，x0)；式中，t0表示初始时刻，s0表示初始状态，u0表示初始加速度变化率，a0表示初始加速度，v0表示初始速度，x0表示初始位置；S103、根据智能网联车辆的待执行行驶信息获取其终止条件x
f
：t＝t
f
，s
f
＝(u
f
，a
f
，v
f
，x
f
)；式中，t
f
表示终止时刻，s
f
表示终止状态，u
f
表示终止加速度变化率，a
f
表示终止加速度，v
f
表示终止速度，x
f
表示终止位置；S104、建立智能网联车辆在初始条件和终止条件之间的最优控制模型，具体表达式如下：目标函数：约束条件：u
min
≤u(t)≤u
max
a
min
≤a(t)≤a
max
v
min
≤v(t)≤v
max
式中，目标函数保证车辆行驶过程中乘客舒适度最高，约束条件保证车辆行驶过程中满足系统动力学方程和车辆性能约束，其中，u(t)表示加速度变化率关于时间的函数，a(t)
表示加速度关于时间的函数，v(t)表示速度关于时间的函数，x(t)表示位移关于时间的函数，u
min
、u
max
分别表示加速度变化率的下限和上限，a
min
、a
max
分别表示加速度的下限和上限，v
min
、v
max
分别表示速度的下限和上限；S105、将步骤S104中的最优控制模型离散化，使用非线性规划求解该问题，得到智能网联车辆的初始轨迹。3.根据权利要求2所述的一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S201、获取步骤S101中央控制器为智能网联车辆分配的组队需求；S202、若智能网联车辆无需与前方车辆组队，且按照步骤S1的初始轨迹不会与前方车辆追尾，则将其归类为不受前车影响的车队首车CAVI；S203、若智能网联车辆无需与前方车辆组队，且按照步骤S1的初始轨迹会与前方车辆追尾，则将其归类为受前车影响的车队首车CAVII；S204、若智能网联车辆需要与前方车辆组队，且以最大速度匀速行驶会与前方车辆追尾，则将其归类为车队跟随车CAVIII；S205、若智能网联车辆需要与前方车辆组队，且以最大速度匀速行驶不会与前方车辆最为，则将其归类为不受前车影响的车队首车CAVI。4.根据权利要求1所述的一种基于类型划分的交叉口进口道智能网联车辆轨迹规划方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：江泽浩，王永嘉，祁祥，曾敏丹，王宇阳，刘聪健，
申请(专利权)人：上海济安交通工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：