[发明专利]一种车联网条件下的动态路径规划方法

说明书

本发明公开了一种车联网条件下的动态路径规划方法，该方法采用下列步骤：动态换道轨迹的规划首先通过构建提高舒适性和通行效率的综合换道时间和最大加速度的目标函数，利用三次样条法、约束条件以及目标函数求解最优换道轨迹，并且能够根据车联网提供的实时信息参考换道轨迹，数据实时更新可以在前方出现突发状况时及时反馈给决策单元重新进行规划路径，以防止碰撞，使得换道车辆适应周围车辆运动状态变化；本次发明通过引入目标函数和从最优解的方面确定规划的轨迹方程，在减少换道时间和防止碰撞方面具有安全性、舒适性和高效性。

技术领域

本发明涉及车辆智能驾驶和主动安全技术领域，特别是涉及一种基于车联网条件下的动态路径规划方法。

背景技术

道路事故通常是由于驾驶员的一些不合规范的驾驶操作行为导致，换道过程引发的道路事故约占驾驶员操作不当引发的交通事故总数的23％。因此，弥补现有汽车自动换道时未考虑周围车辆运动状态变化以及在舒适性和通行效率等方面的不足并规划出一条安全、合理的防止碰撞道路，对减少道路事故的发生，提高机动车道路行驶的安全水平有着十分重要的意义。

目前，以换道过程中的梯形加速度轮廓设计换道路径，该方法仅考虑了换道车辆自身的运动学和动力学，并未考虑周围车辆对换道的影响，换道模型不灵活。考虑动态目标位置和道路边界利用人工势能场进行道路规划，并进行了仿真，仿真结果较为理想。人工势能场法不能解决局部极小点、目标不可达等问题,只适用于特殊场景而不能满足大多数情况下的换道场景。基于多项式进行局部路径规划，能够满足换道时前方只有一辆静止的车辆的情景，但是没有考虑在整个换道过程中其他车辆状态变化对换道的影响。现有基于样条法换道轨迹的研究只是在换道起始点进行了计算，并不能保证整个换道过程的安全。目前静态路径规划的研究主要针对在同一直车道上行驶且航向角为零的两车，忽视了环境条件的影响，实用性不高；动态路径规划目前主要依靠经验公式，难以获取最优路径，换道模型比较机械。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提出了一种基于车联网条件下的动态路径规划方法，通过规划出合理的避撞路径，提高车辆行驶的安全性。

为实现以上目的，本文发明的技术方案为：

一种基于车联网条件下的动态路径规划方法，包括如下步骤：步骤1：建立车联网条件下的目标函数：构建提高舒适性和通行效率的降低加速度和换道时间的目标函数；步骤2：建立换道轨迹模型：结合目标函数采用三次样条法对驾驶员换道轨迹进行预定义；步骤3：确定约束条件：通过最小安全距离、最大加速度阈值、最大车速、横向换道距离确定安全换道约束条件；步骤4：最优换道轨迹模型的获取，数据实时更新可以在前方出现突发状况时及时反馈给决策单元重新进行规划路径，以防止碰撞，使得换道车辆适应周围车辆运动状态变化。

进一步，降低加速度和换道时间的目标函数为：

其中τ_t为在时刻t的所需换道时间；为在时刻t得到的综合加速度,τ为换道时间，分别为在时刻t时刻的横向加速度和纵向加速度；为满足人体舒适性侧向加速度

进一步，采用三次样条法对驾驶员换道轨迹进行预定义：

其中x_t、y_t分别为汽车在纵向和横向移动的距离，a₀、a₁、a₂、a₃分别为纵向换道时的多项式参数，t为时间；

车辆在换道时的初始状态和结束状态需要满足以下条件：