[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

说明书

本发明涉及一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法。采用三阶动力学模型，相较于传统的二阶动力学模型，增加了车辆的惯性环节，更贴近真实情况；使用非合作博弈对车辆换道轨迹进行规划，相较于启发式轨迹规划以及图搜索类方法，既考虑多方面因素如安全和舒适度对驾驶员操纵车辆带来的影响，也考虑到了车辆之间的交互性，在未来人类驾驶车辆以及智能驾驶车辆在道路上共存的环境下，更具有实用性；采用了全速度差模型对车辆在换道前后的驾驶做出控制，保障了车辆驾驶的安全性；采用三次B样条插值，改善了离散点的控制量突变问题，更符合实际车辆操纵，且变化曲线相当光滑，使车辆控制更加稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，针对处于混合驾驶环境的智能驾驶车辆，属于车辆智能驾驶技术领域。

背景技术

由国家统计局历年统计的交通事故发生原因可知，换道是交通事故产生的主要原因之一，为了使人们得到更好的出行体验，减少交通事故的发生，增加交通流的通行效率，智能驾驶车辆是一个可行的解决方案。

智能驾驶车辆通过先进车载传感器技术和V2X(VehicleToEverything，车联万物)通信技术实时获取车辆周身的信息，对信息进行一定处理之后对周围物体的行动意图以及轨迹进行精确预测，通过轨迹规划得到可行运动方案，对车辆的加速度，横摆角等状态进行控制。换道作为车辆在运动过程中发生事故的主要原因之一，本文提供一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法，通过对换道过程的车辆轨迹进行规划，增加换道效率以及成功率，优秀的轨迹规划算法可以使车辆具有更好的通行效率，给乘客更好的乘坐体验。

发明内容

现有的轨迹算法如A*、Dijkstra算法、人工势场法等，仅仅通过防止碰撞以及通行效率等方面对轨迹进行规划，只考虑了主车的运动，忽略了在驾驶过程中，车辆之间具有相互作用，针对上述问题，本文提出了一种基于非合作博弈的轨迹规划方法，详细描述了主车在换道过程中与周围车辆的交互行为，通过车载传感器以及车辆与道路设施之间的实时通讯，使主车与目标车道后方车辆之间进行不完全信息非合作博弈，后方车辆的驾驶轨迹由预测算法得出，两车之间进行多次阶段博弈，随时间轴滚动生成多个决策点，由三次样条插值完成对轨迹的光滑处理。

一种基于非合作博弈的智能汽车换道轨迹规划方法的具体步骤如下：

步骤一、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，由于车辆驾驶操纵稳定性需满足一定条件，驾驶员驾驶舒适性也对车辆加速度具有一定约束，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。

步骤二：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。