【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法。
技术介绍
1、超车对提高道路安全和运输效率的可靠性、稳健性和驾驶舒适性提出了很高的要求。同时，四轮转向能够有效提高车辆灵活性。前后轮反向旋转能够减小转弯半径，提高低速时伺服系统的敏捷性；前后轮反向旋转能够减少发生打滑事故的概率，提高高速时的稳定性。利用多项式函数进行变道轨迹规划，建立扩展矩形车辆模型，得到车辆避碰条件；以车辆舒适性要求和变道效率作为优化函数的优化变量，采用模型预测控制(mpc)方法对轨迹跟踪进行控制能够有效提高超车行为的安全与便捷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，以解决上述
技术介绍
中所面临的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，包括以下步骤：
3、s101、构建变道场景，获取周围车辆信息；
4、s201、建立四轮转向汽车车辆动力学模型；
5、s301、构建四轮转向智能汽车轨迹方程，其中超车过程中包含超车车辆，即本车，与前方行驶较慢车辆，即前车；所述超车过程共分为三个阶段：第一阶段，变道；第二阶段，超车；第三阶段，变回原车道；
6、s302、根据智能车辆的舒适性要求与变道效率构建超车轨迹优化目标函数；
7、s303、建立矩形车辆模型，所述模型使用比车辆实际尺寸稍大的矩形代替实际车辆轮廓，模型放
8、s304、确定超车轨迹优化的约束条件；
9、s401、求解最优轨迹；
10、s501、使用mpc控制器对所求得的超车轨迹进行跟踪。
11、所述步骤s101通过车联网通信获取周围车辆信息，所获取的车辆信息包括当前车辆与周围车辆的位姿、速度、加速度、换道意图；当前道路场景通过车载环境感知系统及无人驾驶智能汽车高清地图获得。
12、所述步骤s201建立的四轮转向汽车车辆动力学模型如下：
13、
14、其中，y为侧向位置，v0为横向速度，u为纵向速度，为车辆航向角，kf为前轴侧偏刚度，kr为后轴侧偏刚度，m为整车质量，i为转动惯量，a车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，δf为前轮转向角，δr为后轮转向角。
15、所述步骤s301构建的四轮转向智能汽车轨迹方程通过五次多项式分别描述超车第三阶段的纵向轨迹与横向轨迹：
16、
17、
18、其中，x3(t)、y3(t)分别表示汽车超车处于第三阶段时的纵向轨迹与横向轨迹，v1为本车行驶速度，w0为车道宽度，t为换道时长，d0为本车行驶的水平距离，其中t0、d0为待优化的参数，为方便表达，令s0＝v1t-d0，则新的待优化参数为t0、s0；
19、根据超车过程第一阶段、第二阶段、第三阶段的轨迹特征，按照时间顺序将上述三个阶段统一到一个坐标系中，得到的三个阶段整体的超车轨迹如下：
20、
21、
22、其中l为超车距离。
23、所述步骤s302根据智能车辆的舒适性要求与变道效率构建超车轨迹优化目标函数j如下：
24、
25、其中，t为换道时长，换道时长越短，代表车辆超车变道的效率越高；
26、ax,ay分别表示汽车横纵向的加速度，加速度的导数对乘客的舒适度有很大影响，用于综合衡量整个超车变道过程中的汽车横纵向的加速度导数，值越小，代表乘客舒适度越高，其中δ1,δ2为横纵向加速度导数的权重系数，且δ1+δ2＝1；
27、δε表示每一时刻汽车位移量与下一时刻汽车位移量之差，用于综合衡量智能汽车整个超车变道过程中汽车行驶的稳定性，该参数对乘客的舒适性有较大影响；
28、s(ζt),s(ζtar)表示矩形车辆模型各顶点的三角形面积之和，ζt表示本车，ζtar表示前车，[s(ζt)-s(ζtar)]为智能汽车超车换道时的安全因数；
29、β1,β2,β3为车辆的舒适性要求、变道效率要求、安全因数要求的权重系数，可根据汽车行驶的状态以及当前超车环境动态调整，且β1+β2+β3＝1；
30、所述步骤s303矩形车辆模型如下：
31、车辆静止时a、b、c、d四个顶点坐标由下述公式确定:
32、a＝(x(t)+lveh/2,y(t)+wveh/2)
33、b＝(x(t)+lveh/2,y(t)-wveh/2)
34、c＝(x(t)-lveh/2,y(t)-wveh/2)
35、d＝(x(t)-lveh/2,y(t)+wveh/2)
36、其中，上述坐标系为矩形车辆模型坐标系，原点与车辆质心位置o重合，a为车头左侧顶点，b、c、d三个顶点按照顺时针方向确定，lveh为车长,wveh为车宽，(x(t),y(t))为汽车质心位置坐标；
37、车辆超车行驶时四个顶点坐标由下述公式确定：
38、
39、
40、
41、
42、其中，a1、b1、c1、d1为车辆超车时四个顶点坐标，α为oa连线与x轴的夹角，θ为车辆换道过程中的横摆角，λ为模型放大系数，根据驾驶风格进行动态调整，如谨慎、保守、传统、进取、冒险，且λ大于1。
43、所述步骤s304中超车轨迹优化的碰撞约束条件由下述公式确定：
44、
45、
46、
47、
48、
49、其中，ak、bk、ck、dk为车辆超车时前车四个顶点坐标，sa,b,c,d分别为前车矩形车辆模型与本车矩形车辆模型各顶点的三角形面积之和，s为本车矩形车辆模型面积；
50、碰撞约束条件具体为：sa,b,c,d均小于s，即不会发成碰撞。
51、所述步骤s304中超车轨迹优化的加速度约束条件由下述公式确定：
52、
53、所述步骤s304中超车轨迹优化的x轴方向速度约束条件由下述公式确定：
54、
55、所述步骤s501使用mpc方法对所求的超车轨迹进行跟踪：
56、将所述步骤s201建立的四轮转向汽车车辆动力学模型进行离散化：
57、
58、可将上式简写成如下形式：
59、x(k+1)＝a(k)x(k)+b(k)u(k)
60、mpc控制器的目标函数由下述公式确定：
61、
62、
63、其中，yref为期望路径的侧向位置，为期望的车辆航向角，为车辆航向角速度，δu为控制增量；q、p、s、r分别为路径跟随误差、航向角误差、航向角速度误差、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S101通过车联网通信获取周围车辆信息，所获取的车辆信息包括当前车辆与周围车辆的位姿、速度、加速度、换道意图；当前道路场景通过车载环境感知系统及无人驾驶智能汽车高清地图获得。
3.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S201建立的四轮转向汽车车辆动力学模型由下述公式确定：
4.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S301构建的四轮转向智能汽车轨迹方程通过五次多项式分别描述超车第三阶段的纵向轨迹与横向轨迹：
5.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S304中超车轨迹优化的碰撞约束条件由下述公式确定：
6.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划
7.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S304中超车轨迹优化的X轴方向速度约束条件由下述公式确定：
8.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S501使用MPC方法对所求的超车轨迹进行跟踪：
...【技术特征摘要】
1.一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤s101通过车联网通信获取周围车辆信息，所获取的车辆信息包括当前车辆与周围车辆的位姿、速度、加速度、换道意图；当前道路场景通过车载环境感知系统及无人驾驶智能汽车高清地图获得。
3.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤s201建立的四轮转向汽车车辆动力学模型由下述公式确定：
4.根据权利要求1所述的一种基于车联网通信的四轮转向智能汽车超车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤s301构建的四轮转向智能汽车轨迹方程通过五次多项式分...
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