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变道场景下的自动驾驶车辆轨迹规划算法研究
| 论文题名： | 变道场景下的自动驾驶车辆轨迹规划算法研究 |
| 关键词： | 自由变道;轨迹规划;ILQR;自动驾驶车辆 |
| 摘要： | 随着汽车保有量的快速增加，汽车已成为成人们首选的出行交通工具，但伴随着交通活动的进行，也产生了大量的交通事故。自动驾驶汽车作为智能交通系统（ITS）的重要组成部分，对提高出行效率、减少交通事故具有重要作用。变道场景作为自动驾驶技术中的典型场景，一直备受关注。在自动驾驶车辆行驶过程中，根据道路及周围环境的动态情况，合理选择变道时机以及生成安全、舒适的变道轨迹，是本文的研究重点。 本文首先对变道决策和变道区域进行了研究，将研究的对象设定为自动驾驶车辆在行驶过程中的自由变道问题。提出累计行车不满意度和最佳车辆间隔的概念，并给出计算方法。累计行车不满意度用于描述自动驾驶车辆在原车道行驶过程中车速、车距未达到期望目标的程度，而最佳车辆间隔则为选择目标车道提供了依据。在此基础上将变道过程分为直行阶段和汇入阶段，通过一定范围内的加速度和汇入用时采样，计算得到汇入开始点和汇入结束点，并给变道过程提供参考车速和车道边界约束。 在对比多种变道轨迹的基础上，采用分段五次多项式曲线作为变道参考轨迹组成部分。在变道开始时，基于“采样→评估→搜索”的方式生成变道参考轨迹，该方法在Frenet坐标系下对变道区域进行采样，使用五次多项式曲线连接各采样点，在已知纵向参考车速的情况下对轨迹曲线进行评估，通过动态规划搜索的方式得到参考轨迹。 本文将变道轨迹优化问题转化为带有约束的非线性最优控制问题。通过障碍函数消除约束，从而可以使用迭代式线性二次调节器(ILQR)算法求解该最优化控制问题。在问题求解中考虑了控制量上下限、动态障碍物以及车道边界对变道轨迹的影响。针对复杂的车道边界的约束，本文提出了一种新的约束方法，即使用轨迹在该车道界上的投影点切线代替该点处局部车道边界，从而简化了车道边界约束形式。 通过轨迹规划仿真器TPSim，实现了背景车辆匀加速和变加速两种变道场景，对本文所提方法进行验证。实验结果表明，本文所提的自由变道决策方法可以根据交通情况选择变道时机，变道轨迹规划可以规划出满足车辆运动学特性和舒适安全的变道轨迹，并能根据动态环境对轨迹进行实时调整。 |
| 作者： | 韩海洋 |
| 专业： | 计算机科学与技术 |
| 导师： | 王健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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