一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法，包括：1、采集弯曲道路环境下的车辆跟驰轨迹数据；2、采用三次多项式对弯道处跟驰后车的路径进行规划，从采集的跟驰数据中提取所需车辆状态数据，带入所设的三次多项式方程进行求解，确定唯一的三次多项式；3、使用采集的弯道跟驰数据对IDM跟驰模型进行标定；4、利用标定好的IDM跟驰模型求得跟驰后车的加速度，以完成对跟驰后车沿三次多项式路径行驶的行为规划。5、结合上述的路径规划以及行为规划，每时刻实时更新，最后规划出一条连续的后车跟驰轨迹。本发明专利技术能提高车辆在弯道处跟车的安全性与行驶舒适性，避免跟驰车辆间的碰撞可能，降低弯曲道路的事故率与延误率。降低弯曲道路的事故率与延误率。降低弯曲道路的事故率与延误率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法


[0001]本专利技术涉及智能交通仿真应用领域，具体是涉及一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法。

技术介绍

[0002]弯道路段作为道路线性的重要组成部分，由于其交通环境复杂，易造成车辆碰撞、追尾以及侧滑等交通问题。在弯道路段的车辆跟驰行为更为显著，针对弯道处车辆跟驰行为特点，规划一条连续且避免碰撞的车辆跟驰路径具有现实意义。
[0003]在以往的研究中，已经出现了很多类型的跟驰模型，包括刺激
‑
反应模型、安全距离模型、元自动机模型以及智能驾驶模型等。现有跟驰模型很大部分仅适用于直线路段，但针对弯道交通流的跟驰模型研究却较少，而在实际交通中，存在大量的道路弯道。小部分跟驰模型通过考虑道路线性、弯道曲率以及弯道摩擦系数等对直线路段的跟驰模型进行改进形成拓展的弯道跟驰模型，未考虑车辆以及驾驶员的实际感知，从航向角角度出发研究弯道上的跟驰行为。且现有路径规划方法是将路径和行为规划同步进行，会在每一步规划过程中反复校核安全问题以避免碰撞，时间成本高且没有实际意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有技术存在的不足，提供了一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法，以期能在弯道处规划一条连续稳定的车辆跟驰路径，从而能提高车辆在弯道处跟车的安全性与行驶舒适性，避免跟驰车辆间的碰撞可能，并降低弯曲道路的事故率与延误率。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法的特点在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：采集弯曲道路环境下的车辆跟驰轨迹数据；将车辆跟驰轨迹数据中的跟驰前车记为第n
‑
1号车，将跟驰后车记为第n号车；
[0008]以跟驰后车的初始位置所对应的质心坐标为原点O，以大地的水平方向作为x轴，垂直于x轴的方向作为y轴，建立直角坐标系；
[0009]提取所述车辆跟驰轨迹数据中第n
‑
1号车在第t时刻的位置坐标(x
n
‑1(t)，y
n
‑1(t))、航向角θ
n
‑1(t)以及第n号车在第t时刻的位置坐标(x
n
(t)，y
n
(t))、航向角θ
n
(t)；
[0010]步骤2：采用三次多项式对弯道处跟驰后车的路径进行规划；
[0011]步骤2.1：利用式(1)构建跟驰路径的曲线方程y(x)；
[0012]y(x)＝c3x3+c2x2+c1x+c0ꢀꢀ
(1)
[0013]式(1)中，x和y为跟驰路径上车辆的横、纵坐标，c0、c1、c2、c3表示三次多项式的4个拟合系数；
[0014]步骤2.2：当第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置之间的欧式距离Δx(t)>j时，直接
将采集的第t时刻航向角θ
n
‑1(t)作为第n
‑
1号在第t时刻的航向角θ
′
n
‑1(t)；否则，将第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置间的连线与x轴的夹角作为第n
‑
1号车在第t时刻的跟驰航向角θ
′
n
‑1(t)；其中，j表示阈值；
[0015]步骤2.3：将所述直角坐标系旋转角度δ，使得第n
‑
1号车与第n号车的航向角均保持在内，从而得到新坐标系下第n
‑
1号车在第t时刻的航向角β
n
‑1(t)以及位置坐标(x
′
n
‑1(t)，y
′
n
‑1(t))、第n号车在第t时刻的航向角β
n
(t)以及位置坐标(x
′
n
(t)，y
′
n
(t))；
[0016]步骤2.4：求解所述跟驰路径的曲线方程，从而利用式(2)得到4个拟合系数c0、c1、c2、c3；
[0017][0018]步骤2.5：利用式(3)计算第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置间的弧间距S
n
(t)：
[0019][0020]式(3)中，y
′
(x)为y(x)的导数形式；
[0021]步骤3：使用车辆跟驰轨迹数据对IDM跟驰模型进行参数标定，从而确定IDM跟驰模型中的参数，包括：最大加速度a、舒适减速度b、安全时间间隔T、车辆安全间距s0、车辆期望速度v0；
[0022]步骤4：结合标定后的IDM跟驰模型对弯道处跟驰后车进行行为规划；
[0023]步骤4.1：利用式(4)计算得到第n号车在第t时刻的加速度a
n
(t)：
[0024][0025]式(4)中，v
n
(t)表示第t时刻第n号车的速度，v
n
‑1(t)表示第t时刻第n
‑
1号车的速度；
[0026]步骤4.2：得到第t+1时刻跟驰后车的状态；
[0027]步骤4.2.1：利用式(5)得到第t+1时刻第n号车的速度v
n
(t+1)；
[0028]v
n
(t+1)＝v
n
(t)+a
n
(t)
·
Δt (5)
[0029]式(5)中，Δt为一个时间步长；
[0030]步骤4.2.2：利用式(6)得到第t+1时刻第n号车的移动弧长L(t+1)；
[0031][0032]步骤4.2.3：根据移动弧长L(t+1)，利用弧长积分公式的原函数式得到第t+1时刻第n号车的横坐标x
n
(t+1)以及纵坐标y
n
(t+1)；
[0033]步骤4.2.4：利用式(7)得到第t+1时刻第n号车的航向角θ
n
(t+1)；
[0034]θ
n
(t+1)＝β
n
(t+1)+δ
ꢀꢀ
(7)
[0035]式(7)中，β
n
(t+1)表示新坐标系下第n号车在第t+1时刻的航向角，并有：
[0036]β
n
(t+1)＝y
′
(x
n
(t+1))＝3c3(x
n
(t+1))2+2c2x
n
(t+1)+c
1 (8)
[0037]步骤5：将t+1赋值给t后，返回步骤2.2顺序执行，从而实时规划后车跟驰的行驶路径。
[0038]本专利技术一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述弯道跟驰路径规划方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三次多项式的弯道跟驰路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集弯曲道路环境下的车辆跟驰轨迹数据；将车辆跟驰轨迹数据中的跟驰前车记为第n
‑
1号车，将跟驰后车记为第n号车；以跟驰后车的初始位置所对应的质心坐标为原点O，以大地的水平方向作为x轴，垂直于x轴的方向作为y轴，建立直角坐标系；提取所述车辆跟驰轨迹数据中第n
‑
1号车在第t时刻的位置坐标(x
n
‑1(t)，y
n
‑1(t))、航向角θ
n
‑1(t)以及第n号车在第t时刻的位置坐标(x
n
(t)，y
n
(t))、航向角θ
n
(t)；步骤2：采用三次多项式对弯道处跟驰后车的路径进行规划；步骤2.1：利用式(1)构建跟驰路径的曲线方程y(x)；y(x)＝c3x3+c2x2+c1x+c0ꢀꢀ
(1)式(1)中，x和y为跟驰路径上车辆的横、纵坐标，c0、c1、c2、c3表示三次多项式的4个拟合系数；步骤2.2：当第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置之间的欧式距离Δx(t)>j时，直接将采集的第t时刻航向角θ
n
‑1(t)作为第n
‑
1号在第t时刻的航向角θ'
n
‑1(t)；否则，将第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置间的连线与x轴的夹角作为第n
‑
1号车在第t时刻的跟驰航向角θ'
n
‑1(t)；其中，j表示阈值；步骤2.3：将所述直角坐标系旋转角度δ，使得第n
‑
1号车与第n号车的航向角均保持在内，从而得到新坐标系下第n
‑
1号车在第t时刻的航向角β
n
‑1(t)以及位置坐标(x'
n
‑1(t)，y'
n
‑1(t))、第n号车在第t时刻的航向角β
n
(t)以及位置坐标(x'
n
(t)，y'
n
(t))；步骤2.4：求解所述跟驰路径的曲线方程，从而利用式(2)得到4个拟合系数c0、c1、c2、c3；步骤2.5：利用式(3)计算第t时刻第n
‑
1号车与第n号车位置间的弧间距S<...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏海舰，王佳丽，陈星宇，卫立阳，丁恒，张卫华，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：