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自动驾驶车辆超车路径规划方法研究
| 论文题名： | 自动驾驶车辆超车路径规划方法研究 |
| 关键词： | 自动驾驶车辆;超车行为;路径规划;人工势场法 |
| 摘要： | 超车行为是道路中常见也是最危险的车辆驾驶行为之一，自动驾驶超车则是目前行业的研究热点。对自动驾驶车辆超车路径规划进行研究，能提高自动车辆超车的安全性和实时性，避免自动驾驶系统带来的风险。但目前超车路径规划仍然存在规划路径的平滑性、跟随路径的精确性不足等问题。对城市快速路场景下的超车行为进行研究，具体如下： 首先，分析超车过程中的基本特性。根据实际交通道路场景将超车划分为前车静止，匀速行驶、减速行驶、放弃超车行驶四种场景，引入了元胞自动机换道超车规则，细分超车行为的三个过程，建立超车安全距离模型，建立六自由度动力学模型和超车运动学模型，为下文超车模型的验证作铺垫。 其次，对传统人工势场法路径规划模型进行分析。考虑到人工势场法不需要已知全图信息，对规划路径长、未知障碍物的适应性较好，因此选用其作为研究超车路径规划的基本模型。对人工势场法的基本理论、势场函数构造进行详细阐述，对其仍存在的问题进行分析，为构建改进势场法模型奠定基础。 然后，基于改进的人工势场法建立超车路径规划模型。加入虚拟目标点引力势场以解决自身缺陷，加入相对距离、相对速度、加速度引力势场函数以更合理地建立引力势场模型；加入相对距离、相对速度、加速度斥力势场函数以适应动态行车环境；加入道路边界势场以模拟真实道路，通过上述改进建立起自动驾驶车辆超车路径的行车势场模型。 最后，对提出的超车路径规划模型进行实例验证。确定重庆市内环快速路的直行主线为研究区域，调查其基础的交通信息。综合考虑车辆自身参数、周围交通道路环境，利用MATLAB/Simulink、PreScan和CarSim三者搭建超车联合仿真平台。基于CarSim的车辆模型对提出的四种超车场景进行仿真实验，对改进前后人工势场法规划路径和仿真路径的误差值、曲率值、横纵向加速度、前轮侧偏角、横摆角的约束指标进行评价，验证了改进人工势场法规划超车路径的可行性和优越性。利用百度Apollo自动驾驶开发套件进行局部路径规划的算法验证，证明了改进势场法规划局部路径的实用性。 |
| 作者： | 黄光浩 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 马庆禄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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