[发明专利]一种基于非线性规划的曲线道路自动车换道轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于非线性规划的曲线道路自动车换道轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集道路信息：利用高精度地图、传感器和GPS设备采集曲线道路信息，并基于道路位置点回归拟合出表示道路线型的多项式方程；

(2)表征换道轨迹曲线方程：将换道总时间等分为I个样本点，采用依赖于时间的六次多项式表征横向和纵向的换道轨迹，在换道行为起始点和终点部分交通状态已知的基础上，计算换道轨迹曲线多项式方程的未知参数；

(3)防碰撞检测：建立车辆动力学模型，通过计算换道车辆与周边车辆的实时距离来检测是否可能发生碰撞；

(4)将轨迹规划问题转化为求解未知参数的非线性优化求解问题：考虑换道总时长、换道车辆速度和加速度对换道效率产生的影响，建立目标函数；考虑车辆跟驰行为、防碰撞检测以及驾驶规范，建立一系列约束条件；

(5)对非线性优化求解问题采用序列二次规划算法，根据优化计算结果，选取出安全、高效且舒适的最优换道轨迹。

2.根据权利要求1所述一种基于非线性规划的曲线道路自动车换道轨迹规划方法，其特征在于，步骤(1)中，采集道路信息是通过高精度地图、传感器和GPS设备得到曲线道路上一系列参考样本点的x，y轴坐标及相邻两个参考点之间的长度s，将数据离线存储；在轨迹规划时直接依据车辆换道初始位姿，回归拟合出表示道路线型的多项式方程，具体形式如下所示：

y(x)＝A₀+A₁x+A₂x²+A₃x³+A₄x⁴+A₅x⁵+A₆x⁶

x(s)＝B₀+B₁s+B₂s²+B₃s³+B₄s⁴+B₅s⁵+B₆s⁶

s(x)＝C₀+C₁x+C₂x²+C₃x³+C₄x⁴+C₅x⁵+C₆x⁶

其中，y(x)表示车道曲线的横纵坐标关系；x(s)表示以s为自变量的车道曲线长度与横坐标关系；s(x)表示以x为自变量的车道横坐标与车道曲线长度的关系，A₀，...，A₆、B₀，...，B₆、C₀，...，C₆表示车道曲线多项式方程的参数，为常数。

3.根据权利要求1所述一种基于非线性规划的曲线道路自动车换道轨迹规划方法，其特征在于，步骤(2)表征换道轨迹曲线方程的过程中，将换道总时间等分为I个样本点，具体方法为：

平分换道总时长T，并用i＝0，1，...，I对样本时间点进行标号，初始时间点t₀＝0，换道完成时间点t_I＝T；t_i表示第i个时间点，t_i的具体表达式如下：