[发明专利]一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：建立车辆的动力学模型以及运动学模型，明确运动约束；

步骤二：建立博弈论模型，明确博弈要素，基于加速度变化率得到驾驶员风格特性并建立收益函数；

步骤三：构建换道模型，确定换道条件；

步骤四：通过车载传感器得到周围交互车辆的相关信息；

步骤五：利用步骤二的博弈收益函数以及步骤三中的换道模型，计算得到未来2s内的目标车辆的最优加速度以及偏航角控制量；

步骤六：对于步骤五中得到的加速度以及偏航角分别对于时间轴作三次B样条插值；

步骤七：利用步骤六中得到的控制量对车辆进行控制；

步骤八：在行驶过程中不断重复步骤四到步骤七，对车辆的运动轨迹进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：

由车辆自身的参数建立车辆三自由度动力学模型：

其中l_f、l_r为车辆质心到前后轴的距离，m为车辆质量，F_xf、F_yf为车辆前轮纵、横向受力，F_xr、F_yr为车辆后轮纵、横向受力；

推导可得以车辆质心为中心的车辆三自由度运动学模型如下：

其中

β为车辆偏航角，ψ为车身坐标系与地面坐标系的夹角，δ_f和δ_r分别为车辆的前后轮偏向角；

当轮胎偏向角小于5°时，轮胎侧偏与纵向加速度和横向加速度的比值呈线性关系，可得到如下约束条件：

其中当车辆的加速度超过舒适度约束时，会得到一个舒适度惩罚。

3.根据权利要求1所述的一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：

在满足车辆运动学约束的前提下，建立博弈模型，明确博弈论的基本要素，作出如下定义：

博弈参与者：目标车辆SV，目标车道后方车辆FV，

策略集：S_sv∈{换道，不换道}，S_FV∈{合作，不合作}，

信息：目标车辆SV和目标车道后方车辆FV自身具有的信息，以及通过V2V通信获得信息，

行动：SV和FV在经过分析之后，在策略集中选择的策略，

结果：SV和FV分别选取相应的策略之后产生的结果，

收益：SV与FV各自选取的策略形成策略组合之后各自获得的收益，

采用每个步长的车辆前后状态改变量作为车辆的收益，其具体定义如下：

其中，ttc为碰撞预警时间，为2.7s，包含了驾驶员的反应时间以及制动系统的时延，Δt为单次时间步长，为0.1s，x和v分别为主车当前车道领导车辆的位置以及速度，U_s为主车上一个步长的安全收益，x_SV、a_SV以及v_SV分别为主车的位置、加速度和速度；

定义车辆的总收益为：

U＝a*U_safe+b*U_speed+c*U_comfort

其中，a，b，c分别为驾驶员对于安全收益、速度收益以及舒适度收益的影响权重，且a+b+c＝1。

4.根据权利要求1所述的一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤四具体包括：通过车载传感器获得目标车道后方车辆FV的相关信息，得到交互车辆的加速度a_FV、位置x_FV、速度v_FV等信息，在仿真中设定车辆以恒定速度行驶。