[发明专利]一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法，考虑到无人驾驶环境下车辆换道的复杂性和城市路段转向换道频繁的特点，提出了换道过程中的车车协同策略和轨迹规划方法；以换道协同策略和五次多项式的轨迹规划方法为基础，以车辆运动学和舒适度为控制条件，建立了目标车道后车不同协同程度下的主车换道轨迹优化模型；同时，考虑到传统椭圆、圆形车辆仿真模型的不足，通过分析可能碰撞点与车辆轮廓之间的边界关系，建立了在矩形车辆模型下的避碰边界条件，通过情景测试了车辆换道轨迹模型。在车车协同的条件下，本发明可以完成无人驾驶环境下的车辆安全换道，同时可满足换道舒适性以及动力学的要求。

技术领域

本发明属于汽车主动安全与辅助驾驶领域，特别是涉及一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法。

背景技术

在无人驾驶环境下，车辆对周围交通状态的感知和车辆实时轨迹控制是无人驾驶车辆安全高效运行的重要因素。其中轨迹控制就是通过轨迹规划得到平滑连续的曲率轨迹，使之满足车辆的运动特性和安全要求。现有的轨迹规划是对机器人研究领域的路径规划方法的拓展，一类是全局轨迹方法，提出寻找连接起点到目标点的全局轨迹，由于该类方法需要对行驶环境变化进行全面分析，耗时很长且不利于处理突发情况，因此难以在无人驾驶车辆的轨迹规划中实现。另一类局部轨迹方法是在全局轨迹的引导下，依靠环境感知信息生成实时轨迹，可广泛应用于无人驾驶车辆的轨迹规划中。

无人驾驶车辆的轨迹规划包括车辆跟驰、换道和超车几种情况。其中跟驰轨迹规划方法的研究在传统成熟的跟驰模型下已蓬勃发展，部分相关技术已得到应用，超车行为可以看作两次换道行为，因此车辆换道轨迹规划是无人驾驶车辆轨迹规划研究的重点内容之一。现常用于无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法有贝塞尔曲线、样条曲线和多项式曲线。贝塞尔曲线生成的换道轨迹具有连续的曲率半径，但是需要选取控制点，只适用于静态规划，难以实现换道中的实时避碰行为。样条曲线可以对圆弧换道轨迹、正弦换道轨迹进行再规划，克服原有曲线曲率突变、不连续等缺点，但会导致无法实现实时控制。多项式曲线计算速度快，曲率连续便于实时控制，通过三次微分可得出舒适度方程。

在无人驾驶环境下，车辆大多处于高速行驶状态，且车速稳定，车辆之间的跟驰距离很小，给无人驾驶车辆的换道带来困难。虽然超车换道等非转向换道会减少甚至避免，但道路出入口的强制换道和城市路段的转向换道是不可避免的，所以本发明立足于车车协同的思想，依靠车辆之间的信息交流，简化并实现无人驾驶环境下车辆安全舒适换道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法，以换道协同策略和五次多项式的轨迹规划方法为基础，以车辆运动学和舒适度为控制条件，建立目标车道后车不同协同程度下的主车换道轨迹优化模型和换道轨迹评价费用模型，可以规划设计出无人驾驶环境下车辆安全换道的最优轨迹。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：根据安全避碰原则建立车车协同换道准则：

主车换道前发出换道请求，周边车辆接收到主车发出的换道请求信号后是否接受换道请求的准则为：

(101)当前车道后车、目标车道前车若保持当前车速匀速行驶不会与主车相碰撞，则接受主车的换道请求，并保持当前车速行驶，直至主车换道成功，若会与主车相撞，拒绝主车的换道请求；

(102)当前车道前车、目标车道后车若保持当前车速匀速行驶不会与主车相碰撞，则接受主车的换道请求，并保持当前速度匀速行驶，直至主车换道成功；若会与主车相碰撞，判断与其后车的位置关系和协同程度的要求，在可接受的协同程度下加速或减速，并判断协同行为后是否与主车发生碰撞，若无碰撞，接受换道请求，并在预定协同程度下加速或减速协同，直至主车换道成功，若协同行为后仍与主车碰撞，拒绝主车的换道请求；