[发明专利]一种自动驾驶下交叉口自由转向车道设置方法

权利要求书

1.一种自动驾驶下交叉口自由转向车道设置方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：确定交叉口车道数并对其编号，将交叉口内部空间离散化，划分为若干小方格并将方格编号，按车道宽度是方格边长的整数倍确定方格的边长，建立直角坐标系，确定各方格的坐标范围；输入车辆到达停车线的计划到达时刻、所在车道编号、转弯方向；

步骤2：在直角坐标系中确定车辆在交叉口内部行驶路径的方程，并结合方格坐标确定路径驶过的方格；

步骤3：确定每个方格被占据的时间方程；

步骤4：根据安全车辆时距约束和总延误最小的目标函数，优化获得每辆车驶离停车线的最佳时刻；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤11：每个方向进口车道为i，其中i＝1,2,…,n；出口道车道为j，其中j＝1,2,…,n；对交叉口进出口道从外侧依次进行编号，车道宽度为l_r，车辆以速度v匀速通过交叉口，交叉口内部不能停留，车辆的车身长度为l_c，宽度l_d，将交叉口内部空间离散化，划分为若干小方格，车道宽度l_r是方格边长l_g的整数倍，方格的编号沿坐标轴正方向依次是1,…,2nl_r/l_g，以交叉口内部空间的左下角为原点建立直角坐标系，各方格对应的坐标如公式(1)所示，式中G_pq表示方格G在x轴和y轴对应的编号分别是p，q；

步骤12：fi→f’j表示车辆从f方向的第i条进口道行驶到f’方向的第j条进口道，其中f表示进口道，f＝W、E、S、N，式中E表示东进口，W表示西进口，S表示南进口，N表示北进口，f’表示出口道，f’＝W、E、S、N，式中E表示东出口，W表示西出口，S表示南出口，N表示北出口，fi→f’j路径上第m辆车到达停车线的计划时刻为若车道前方车辆未驶离交叉口，则后面的车辆需要停车等待，不考虑自动驾驶车辆的启动波影响，到达停车线的实际时刻用表示，驶离停车线的时刻用表示；

若时，即第m辆车到达停车线的计划时刻大于等于前一辆车驶离停车线的时刻，则不用排队等待；若时，则需要排队等待，第m辆车到达停车线的实际时刻由公式(2)计算，其中v表示车辆的行驶速度；

当m＝1时，即为第一辆车，前方没有等待通行的车辆，此时实际到达停车线的时刻等于计划到达停车线时刻，即

所述步骤2中的在直角坐标系中确定车辆在交叉口内部行驶路径的方程，并结合方格坐标确定路径驶过的方格，包括如下步骤：

步骤21：以R_fi→f’j表示车辆从f方向的第i条进口道行驶到f’方向的第j条进口道的路径，E→W和S→N方向进口道第i车道直行车辆的路径R_Ei→W’j和R_Si→Nj上下限的方程分别如公式(3)、(4)所示：

式中n表示进口道的车道数，(2n-i)·l_r和(2n-i+1)·l_r分别为E→W,S→N方向进口道第i车道上车辆行驶路径的上边界和下边界对应的坐标值，虽然车辆宽度为l_d，但为保证行车安全，驶过路径宽度设置为车道的宽度l_r；

W→E,N→S方向进口道第i车道直行车辆的路径R_Wi→Ej和R_Ni→Sj上下边界方程如公式(5)、(6)所示：

步骤22：确定左转和右转转弯路径的方程，假设转弯路径的圆心为(a,b)，(a_fi→f’j,b_fi→f’j)表示fi→f’j转弯路径对应圆心坐标，左转和右转的半径分别为r_L，r_R，则路径方程如公式(7)所示：

各方向第i进口道转弯路径对应圆心坐标和半径的关系式如公式(8)-(13)所示：

(a_Ni→Ej,b_Ni→Ej)＝(a_Ei→Nj,b_Ei→Nj)＝(2n·l_r,2n·l_r) (8)

(a_Ei→Sj,b_Ei→Sj)＝(a_Si→Ej,b_Si→Ej)＝(2n·l_r,0) (9)

(a_Wi→Nj,b_Wi→Nj)＝(a_Ni→Wj,b_Ni→Wj)＝(0,2n·l_r) (10)

(a_Si→Wj,b_Si→Wj)＝(a_Wi→Sj,b_Wi→Sj)＝(0,0) (11)

r_L＝(2n-i)·l_r，其中i＝1…n (12)

r_R＝i·l_r，其中i＝1…n (13)

步骤23：当车辆直行时，根据步骤21确定直行车辆的路径方程，与步骤11确定方格坐标的公式(1)联立，可得到路径驶过的方格，当车辆左转或右转时，根据步骤22确定的路径方程与公式(1)联立即可求得路径驶过的方格。