[发明专利]汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法在审
申请号: | 202110280970.1 | 申请日: | 2021-03-16 |
公开(公告)号: | CN112947469A | 公开(公告)日: | 2021-06-11 |
发明(设计)人: | 魏振亚;陈无畏;张先锋;孟建平;丁雨康;崔国良 | 申请(专利权)人: | 安徽卡思普智能科技有限公司 |
主分类号: | G05D1/02 | 分类号: | G05D1/02 |
代理公司: | 合肥市长远专利代理事务所(普通合伙) 34119 | 代理人: | 孙丽丽 |
地址: | 230000 安徽省合肥市高新区创*** | 国省代码: | 安徽;34 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 汽车 轨迹 规划 动态 跟踪 控制 方法 | ||
一种汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法,包括以下步骤:S1、规划直线道路或弯曲道路条件下的换道轨迹;S2、设计动态轨迹跟踪控制器跟踪参考轨迹,且构建参考轨迹引力函数和障碍车斥力函数,规避动态障碍物。本发明首先提供了结构化道路上的换道参考轨迹规划方法,基于五次多项式进行直线道路或弯曲道路条件下换道参考轨迹规划;然后考虑在换道过程中前车状态变化情况下车辆的避撞问题,在跟踪换道参考轨迹过程中考虑规避前方障碍车辆,基于模型预测算法设计防避撞轨迹跟踪控制器,并分别设计换道参考轨迹引力函数以及障碍车辆斥力函数作为模型预测的优化函数,通过优化算法获得最优控制参量,实现无碰撞轨迹跟踪目的。
技术领域
本发明汽车控制方法的技术领域,尤其涉及一种汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法。
背景技术
汽车主动换道轨迹规划与跟踪控制是实现汽车主动换道的关键技术,也是高级辅助驾驶系统的重要功能。其中换道轨迹规划的目的是根据行车环境得到曲率连续的换道轨迹,满足车辆换道效率、安全和乘坐舒适性要求,同时受到车辆运动学和动力学约束。轨迹跟踪控制的技术要点是设计控制规律对已规划的换道轨迹进行实时跟踪控制。通过结合轨迹规划与跟踪控制实现汽车安全、高效、舒适地换道目的。
汽车主动换道轨迹规划包括直线道路条件下的轨迹规划和弯曲道路条件下的轨迹规划。轨迹规划方法的研究在传统跟驰模型的基础上取得了蓬勃的发展,现在常用的智能汽车换道轨迹规划模型有三角函数曲线、样条曲线、贝塞尔曲线和多项式曲线等。相较于其它模型,多项式曲线具有形式简单、计算速度快、曲率连续等优点,得到广泛应用。
结构化道路行驶条件下,交通参与车辆的行驶工况较为复杂多变。虽然基于传统多项式的换道轨迹具有诸多优点,然而其参数的获取是在换道初始时刻计算得到,对前车状态变化考虑存在不足。在这种情况下,跟踪已经得到的换道轨迹存在不确定的碰撞风险。
发明内容
针对背景技术中的不足,本发明基于多项式的换道参考轨迹,考虑前方障碍车辆影响,针对性地提出动态轨迹跟踪控制方案,保证不确定条件下的换道安全,为此,本发明提出了一种汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法,具体方案如下:
一种汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法,包括以下步骤:
S1、规划直线道路或弯曲道路条件下的换道轨迹;
S2、设计动态轨迹跟踪控制器跟踪参考轨迹,且构建参考轨迹引力函数和障碍车斥力函数,规避动态障碍物。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明提出的一种汽车换道轨迹规划与动态轨迹跟踪控制方法:首先提供了结构化道路上的换道参考轨迹规划方法,基于五次多项式进行直线道路或弯曲道路条件下换道参考轨迹规划;然后考虑在换道过程中前车状态变化情况下车辆的避撞问题,在跟踪换道参考轨迹过程中考虑规避前方障碍车辆,基于模型预测算法设计避撞轨迹跟踪控制器,并分别设计换道参考轨迹引力函数以及障碍车辆斥力函数作为模型预测的优化函数,通过优化算法获得最优控制参量,实现无碰撞轨迹跟踪目的。
(2)构建前车势场函数的目的是描述被控车辆受到的前方障碍车辆的影响,让被控车辆与障碍车辆之间根据速度保持一定的安全距离。对前方障碍车辆的势场函数构建考虑到以下两点:
(a)汽车正常行驶时,纵向速度远大于横向速度,所以建立的前车势场函数在纵向上的作用距离大于横向上作用距离。
(b)由于换道过程中前车保持匀速或加速时,对沿换道参考轨迹行驶的安全性不产生影响;前车减速时,仍沿换道参考轨迹行驶则有可能与前车发生碰撞。所以构建的障碍车辆势场函数,应使得在前方障碍车匀速或加速时不影响被控车辆跟踪换道参考轨迹;当前方障碍车辆减速时,被控车辆能够及时做出调整,进行规避。所以构建的障碍车辆势场函数作用边界在换道开始时,尽量与换道参考轨迹相切。
附图说明
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