[发明专利]一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法有效

专利信息
申请号: 201710535751.7 申请日: 2017-07-04
公开(公告)号: CN107315411B 公开(公告)日: 2020-04-21
发明(设计)人: 董瑞娟;柏海舰;申剑峰;赵一楠;卫立阳 申请(专利权)人: 合肥工业大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 安徽合肥华信知识产权代理有限公司 34112 代理人: 余成俊
地址: 230009 *** 国省代码: 安徽;34
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摘要: 发明公开了一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法,考虑到无人驾驶环境下车辆换道的复杂性和城市路段转向换道频繁的特点,提出了换道过程中的车车协同策略和轨迹规划方法;以换道协同策略和五次多项式的轨迹规划方法为基础,以车辆运动学和舒适度为控制条件,建立了目标车道后车不同协同程度下的主车换道轨迹优化模型;同时,考虑到传统椭圆、圆形车辆仿真模型的不足,通过分析可能碰撞点与车辆轮廓之间的边界关系,建立了在矩形车辆模型下的避碰边界条件,通过情景测试了车辆换道轨迹模型。在车车协同的条件下,本发明可以完成无人驾驶环境下的车辆安全换道,同时可满足换道舒适性以及动力学的要求。
搜索关键词: 一种 基于 车车 协同 无人驾驶 车辆 轨迹 规划 方法
【主权项】:
一种基于车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹规划方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤一:根据安全避碰原则建立车车协同换道准则:主车换道前发出换道请求,周边车辆接收到主车发出的换道请求信号后是否接受换道请求的准则为:(101)当前车道后车、目标车道前车若保持当前车速匀速行驶不会与主车相碰撞,则接受主车的换道请求,并保持当前车速行驶,直至主车换道成功,若会与主车相撞,拒绝主车的换道请求;(102)当前车道前车、目标车道后车若保持当前车速匀速行驶不会与主车相碰撞,则接受主车的换道请求,并保持当前速度匀速行驶,直至主车换道成功;若会与主车相碰撞,需判断与其后车的位置关系和协同程度的要求,在可接受的协同程度下加速或减速,并判断协同行为后是否与主车发生碰撞,若无碰撞,接受换道请求,并在预定协同程度下加速或减速协同,直至主车换道成功,若协同行为后仍与主车碰撞,拒绝主车的换道请求;步骤二:建立主车、当前车道前车、目标车道后车的行驶轨迹模型:以主车换道前所在的位置为原点,换道前车辆行驶的方向为x轴,垂直于行驶方向为y轴,建立平面直角坐标系,建立主车、目标车道前后车的行驶轨迹模型:(201)采用五次多项式建立主车M换道的行驶轨迹:其中,XM(t)和YM(t)分别表示M的纵向位移和横向位移;ai,i∈{0,1,2,3,4,5}和bi,i∈{0,1,2,3,4,5}分别是是M纵向位移和横向位移的参数;t表示时间;根据换道起始状态和换道结束状态求解五次多项式;(202)当前车道前车Lo的行驶轨迹:(203)目标车道后车Fd的行驶轨迹:其中,分别表示M与Lo、Fd之间换道前的车头间距;分别表示Lo、Fd的初始行驶速度;W表示车辆Fd到M的横向距离;表示Fd的减速度;表示Fd通过减速达到可接受速度的时间,当Fd匀速行驶时,步骤三:选取矩形车辆模型,根据安全避碰原则建立车车协同安全换道条件的计算模型:(301)主车M与当前车道前车Lo的安全换道的条件:(302)主车M与目标车道后车Fd的安全换道的条件:其中,分别表示Lo的车长与车宽,与分别表示Fd的车长与车宽;是车辆沿质心旋转的半径;α为车辆的偏转角,为主车M的矩形模型顶点与水平方向的夹角;步骤四:根据车辆动力学和乘客舒适度两方面的因素对主车安全换道模型中的参数进行约束,给定测试参数,计算得到换道轨迹集,为车车协同下无人驾驶车辆的换道轨迹;(401)动力学约束条件:转向角:Δα为车辆单位时间ΔT内变化的转向角,Δαmax为车辆设置的在不影响驾驶安全性能下,单位时间ΔT内变化的最大转向角;为M在t时刻的横向速度,为M在t时刻的纵向速度;曲率:k为曲率,r为转弯半径,zM为主车的轴距,kmax为不影响驾驶安全性能的最大曲率;速度:0<vx,M(t)<vx,max,vx,M(t)为M纵向的行驶速度,vx,max为路段上限制的最大纵向行驶速度;位置:0<YM(t)<W,YM(t)为M的横向位移,W为车道的宽度;(402)乘客舒适度约束条件,采用横纵向的加速度和加加速度来判断:其中,ax和jx分别为纵向的加速度和加加速度;ay和jy分别为横向的加速度和加加速度;ax,max和jx,max为考虑舒适度而允许的最大纵向加速度和加加速度;ay,max和jy,max为考虑舒适度而允许的最大横向加速度和加加速度。
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