基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法技术

本申请公开了一种基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法及系统,是基于实际行车工况中，当驾驶员从匝道向左变道进入主路的过程中的车辆形式轨迹，设计出的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法。本申请通过函数算法减少运算时间和提高性能。减少运算时间和提高性能。减少运算时间和提高性能。

【技术实现步骤摘要】
基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法


[0001]本申请涉及车辆控制领域，具体涉及一种基于可变阶数的车辆控制方法。

技术介绍

[0002]目前各大厂商在不断优化汽车结构和应用高强度材料提高汽车被动安全的同时，依靠技术不断迭代升级的高级驾驶辅助系统(ADAS)正在发挥着强大的作用。ADAS系统可以在紧急情况下警示驾驶员或者主动采取必要的安全措施，这在很大程度上可以降低交通事故发生的机率和严重程度。ADAS系统通过综合利用各种车载传感器获取环境信息，通过对原始传感器信息处理，提取一些有意义的、抽象的、精简的信息，达到环境感知，收集数据、识别跟踪各种动态和静态物体的目的。在获取环境信息后，通过将信息传递到ECU，进而实现下游的决策规划过程，解决复杂交通场景下本车与其他交通参与者的动态博弈问题。
[0003]关于合作车队行驶的一个重要研究课题是在高速匝道上将车辆合并成一个车队队列，其需要应对高速主路与本车的初始位置和速度的巨大差异、传感器噪声以及由排长引起的干扰。需要设计相应的算法，控制车队、新车的状态转换，选择合适的控制算法，达到匝道车辆合并进入高速主路车队的目的。匝道上单车与车队的合并控制策略，有基于集中控制和分散控制器。在集中式方法中，单个控制器全局地为所有车辆决定至少一个任务。在分散策略中，每个车辆根据关于其他车辆的沟通信息来确定自己的控制策略。
[0004]对于要进入主路，即正在匝道上行驶的车辆，其存在一个重大的问题，即其速度、位姿、道路限速等均与高速主路车辆存在较大差异。对于部分研究者，其将车辆合并进入主路的位置点，一般视为常量，然后将问题转化为：控制车辆在指定的时间点达成指定的车辆状态。解决这个问题的一个流行的方法是模型预测控制(MPC)方法，但其存在预测步长过大时计算复杂度大，无法满足实时规划的要求。
[0005]对此，部分研究者放弃将全局时间域离散化的方法，转而使用参数化的曲线进行拟合，虽然此方法得到的曲线一般都是次优的，但可以在一定程度上解决时间复杂度的问题。但是，基于参数化曲线的方法,无法兼顾曲线的性能最优与计算最快的特点。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，以解决现有控制方法计算过于复杂，无法兼顾计算速度以及性能的问题。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供了一种基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法。
[0008]根据本申请的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法包括：
[0009]步骤1：确定车辆的初始位置q0，初始速度v0，初始加速度a0以及初始加加速度j0；
[0010]步骤2：确定车辆到达的合并点时的位置q
mp
，以及到达合并点mp时的速度v
mp
，加速度a
mp
以及加加速度j
mp
；
[0011]步骤3：车辆的初始期望状态x0，到达合并点mp的状态x
mp
；根据如下公式1计算得到
x0、x
mp
：
[0012][0013]步骤4：设初始时刻为t0，到达合并点mp的时刻为t
mp，
按照如下公式2求解函数为f(t)：
[0014][0015]步骤5:当选择性能为舒适性时,代价函数为：
[0016]舒适性的代价函数为
[0017]其中，
[0018]minJ表示最低舒适性，c
a
表示舒适性影响因素中加速度的权重系数，cj表示舒适性影响因素中的加加速度的权重系数；d表示初始位置q0与合并点q
mp
之间的距离。
[0019]进一步的，步骤6:
[0020]将位移与时间曲线设置为
[0021]N表示多项式拟合阶数，且N≥7。
[0022]进一步的，步骤7：
[0023]基于步骤6，得出速度与时间的曲线、加速度与时间的曲线、加速度与时间的曲线分别为
[0024]进一步的，步骤8：结合公式(3)、公式(4)和公式(6)，可知目标函数如下：
[0025][0026]其中，c
a
、c
j
为常数，t是自变量，而c
0～N
为待优化的系数，与车辆的始末状态无关。
[0027]进一步的，步骤9：将公式(7)中的函数离线求解为函数查找表FuncTable，获取
[0028]FuncTable{N,c
a
,c
j
}
[0029]其中表示在函数查找表中查找对应的N,c
a
，c
j
取值时得到的函数句柄，(t0，t
mp
)表示该函数句柄中的积分区间，如此，得出J只与c
0～n
[0030]minJ＝Function(c
0～N
)
[0031]相关的函数，即公式(9)。
[0032]进一步的，步骤10：边界约束，将所述边界约束设置为离线求解:
[0033]所述边界约束的函数包括：
[0034]进一步的，步骤11：路径约束，所述路径约束包括：车辆的最大加速度a
max
、最大减速度a
min
、最大车速v
max
、最小车速v
min
，
[0035]所述路径约束的函数为：
[0036]进一步的，步骤12：基于公式(3)、公式(4)、公式(10)，得出
[0037][0038]t
k
为拉格朗日高斯点,将公式(13)的零点以[
‑
1,1]映射到[t0,t
mp
]上,其中N比所要插入离散点的个数多1，得出映射公式为：
[0039][0040]进一步的，将目标函数、边界约束、路径约束采用非线性优化器进行求解，共同得出最优系数c
0～N
，将c
0～N
代入到公式5和公式6得出匝道车辆的状态轨迹曲线。
[0041]有益效果：
[0042](1)大部分计算可通过离线求解，时间复杂度低；
[0043](2)根据参数曲线阶数的选取，使用者可自由调整在效果与时间之间的倾向，兼顾了舒适性与算法复杂度。
附图说明
[0044]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0045]图1是根据本申请实施例的车辆状态示意图；
[0046]图2是根据本申请实施例的车辆变道轨迹示意图。
具体实施方式
[0047]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，其特征在于，包括：步骤1：确定车辆的初始位置q0，初始速度v0，初始加速度a0以及初始加加速度j0；步骤2：确定车辆到达的合并点时的位置q
mp
，以及到达合并点mp时的速度v
mp
，加速度a
mp
以及加加速度j
mp
；步骤3：车辆的初始期望状态x0，到达合并点mp的状态x
mp
；根据如下公式1计算得到x0、x
mp
：步骤4：设初始时刻为t0，到达合并点mp的时刻为t
mp
，按照如下公式2求解函数为f(t)：步骤5:当选择性能为舒适性时,代价函数为：舒适性的代价函数为其中，c
a
表示舒适性影响因素中加速度的权重系数，c
j
表示舒适性影响因素中的加加速度的权重系数；d表示初始位置q0与合并点q
mp
之间的距离。2.根据权利要求1所述的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，其特征在于,步骤6:将位移与时间曲线设置为N表示多项式拟合阶数，且N≥7。3.根据权利要求2所述的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，其特征在于，步骤7：基于步骤6，得出速度与时间的曲线、加速度与时间的曲线、加速度与时间的曲线分别
为4.根据权利要求3所述的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，其特征在于，步骤8：结合公式(3)、公式(4)和公式(6)，可知目标函数如下：其中，c
a
、c
j
为常数，t是自变量，而c
0～N
为待优化的系数，与车辆的始末状态无关。5.根据权利要求4所述的基于可变阶数曲线的高速匝道车辆控制方法，其特征在于，步骤9...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐嘉洧，于潇，郭健，
申请(专利权)人：广西睛智汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：