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原文传递一种智能车辆避障换道轨迹规划方法及系统

专利名称：	一种智能车辆避障换道轨迹规划方法及系统
摘要：	本发明公开了一种智能车辆避障换道轨迹规划方法及系统，根据道路环境、障碍物信息以及当前车速，基于操稳性极限起始回正点以及多项式曲线生成可行轨迹簇，对可行轨迹簇中的换道轨迹进行预碰撞检测，筛选并剔除出不满足预碰撞检测条件的轨迹得到无碰撞轨迹簇；在无碰撞轨迹簇的基础上建立关于舒适性、避障效率、侧滑这三个评价指标的代价函数；并采用模糊推理来确定三个评价指标的权重，通过求解多目标优化问题，搜索出最优的避障换道回正点，即规划出最终的避障换道轨迹。同时本申请还提出了一种智能车辆避障换道轨迹规划系统，可以在兼顾安全性、实时性以及曲率连续的同时，使得轨迹的性能指标如舒适性、避障效率等最大化，有效改善乘员的乘坐体验。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	耿国庆;成光帅;许辉;卞国胜;杨梁;章国栋;江乐生;苏春;江浩斌;李春;施桂强;王秋炅;张晨晨;花逸峰
专利状态：	有效
申请日期：	2021-12-30T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-18T00:00:00+0800
申请号：	CN202111661902.6
公开号：	CN114194215A
分类号：	B60W60/00;B60W30/095;B;B60;B60W;B60W60;B60W30;B60W60/00;B60W30/095
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤： S1，采用多项式曲线求得广义换道轨迹，由广义换道轨迹得到参考侧向加速度关于时间的表达式，对参考侧向加速度求极值得到参考轨迹下最大侧向加速度ay_rmax，由当前路面状况结合侧向加速度相关标准定义阈值： \|ay_rmax\|≤aymax＝fμg，其中系数f<1 其中，aymax为最大侧向加速度，系数f<1，μ为路面附着系数；g为重力加速度；根据最大侧向加速度阈值计算换道起始回正点；由换道起始回正点在横向上进行等距离迭代，采样得到N-1个换道回正点，带入到多项式曲线广义轨迹公式中得到可行轨迹簇； S2，对可行轨迹簇中的N条换道轨迹进行预碰撞检测，筛选并剔除出不满足预碰撞检测条件的轨迹即可能发生碰撞的轨迹，得到无碰撞轨迹簇； S3，在无碰撞轨迹簇的基础上建立关于舒适性指标、避障效率指标、侧滑指标这三个评价指标的代价函数；并采用模糊推理来确定舒适性指标、避障效率指标、侧滑指标这三个评价指标的权重，最后通过求解多目标优化问题，搜索出最优的避障换道回正点XT_R，即规划出最终的避障换道轨迹。 2.根据权利要求1所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，所述S3中所建立的代价函数表示为：式中，wC、wE、wS分别为舒适性指标、避障效率指标、侧滑指标的权重值；JC为舒适性指标，JE为避障效率指标，JS为侧滑性指标。 3.根据权利要求2所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，采用模糊推理来确定舒适性指标、避障效率指标、侧滑指标这三个评价指标的权重的方法为：首先，采用预碰撞时间TTC倒数来表征危险程度，采用路面附着系数μ表征当前路面状况；将预碰撞时间倒数TTC-1、路面附着系数μ作为输入，wC、wE、wS作为输出；设计如下模糊规则：规则1)if TTC-1is B and μ is B，then(wC is B)(wE is S)(wS is S) 规则2)if TTC-1is B and μ is S，then(wC is S)(wE is S)(wS is B) 规则3)if TTC-1is M and μ is B，then(wC is M)(wE is M)(wS is S) 规则4)if TTC-1is M and μ is S，then(wC is S)(wE is M)(wS is M) 规则5)if TTC-1is S and μ is B，then(wC is S)(wE is B)(wS is S) 规则6)if TTC-1is S and μ is S，then(wC is S)(wE is M)(wS is M) 其中，S为小，M为中，B为大。 4.根据权利要求1、2或3所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，舒适性指标、避障效率指标、侧滑指标分别表示如下： JE＝T 式中：jy_r为期望侧向跃度；ay_r为期望侧向加速度；T为全程所需要的时间。 5.根据权利要求4所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，所述S2中的预碰撞检测流程为： 1)当自车右前角点与前方障碍车辆尾部的横坐标相等时，即X(A1)＝X(B)时，开始发生碰撞，此时刻记为t1；式中，为t时刻的航向角，可由轨迹公式计算得到；xf(t1)、Bf分别为前方障碍车辆的质心位置及该质心到前方障碍车辆车尾的距离，可由感知信息获取得到；Aego、Wego分别为自车质心到自车车头的距离以及自车车宽；求解得到t1作为预碰撞检测起始时间点； 2)当自车右后角点与前方障碍车辆尾部的横坐标相等时，即X(A2)＝X(B)时，完全脱离碰撞风险，此时刻记为t2；式中，Bego为自车质心到自车车尾的距离；求解得到t2作为碰撞检测终止点； 3)在t1、t2时间点处，进行预碰撞检测；无碰撞的条件为前方障碍车辆的左后角点到自车轴线的垂直距离大于设定的阈值，即：dCB≥dmin： T1: T2: 其中，dmin为垂直距离的最小值，筛选并剔除出不满足预碰撞检测条件的轨迹即可能发生碰撞的轨迹，得到无碰撞轨迹簇。 6.根据权利要求1所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，所述S1中的广义换道轨迹：式中：以自车建立坐标系，车辆前进方向为x轴，垂直于车身方向为y轴，x(t)，y(t)分别为t时刻的x坐标和y坐标；v为车速，w为车道宽度，t为时间变量，XT为换道回正点的期望位置。 7.根据权利要求6所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，由广义换道轨迹求两阶导数得到参考侧向加速度关于时间的表达式：上式求极值得到参考轨迹下最大侧向加速度：时， 8.根据权利要求6或7所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法，其特征在于，根据最大侧向加速度阈值计算换道起始回正点：由换道起始回正点在横向上进行等距离迭代，采样得到N-1个换道回正点，带入到多项式曲线广义轨迹公式中得到可行轨迹簇； XTn＝XT1+(n-1)d,n＝2,3,…,N 式中，XTn为第n个换道回正点的位置，d为迭代距离。 9.一种基于权利要求1所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划方法的智能车辆避障换道轨迹规划系统，其特征在于，包括环境感知模块、候选轨迹生成模块、场景分析模块和候选轨迹筛选模块；所述环境感知模块用于获取道路环境信息和障碍车辆运动信息，并将所获取的信息输入给其他三个模块；所述候选轨迹生成模块根据道路环境信息并结合自车状态信息，由最大侧向加速度阈值基于多项式曲线生成操稳性极限换道轨迹，通过迭代生成可行轨迹簇，并输入给候选轨迹筛选模块；所述场景分析模块根据道路环境信息、障碍车辆运动信息分析当前路面状况及危险程度，通过模糊决策得到当前场景下的各评价指标的权重值；将权重值输入给候选轨迹筛选模块；所述候选轨迹筛选模块结合障碍车辆运动信息进行预碰撞检测，筛选并剔除出可能发生碰撞的轨迹得到无碰撞轨迹簇，并进一步建立舒适性、避障效率、侧滑指数三个评价指标的代价函数；基于场景分析模块输出的各评价指标相应的权重值，搜索得到最优回正点即规划出最终的避障换道轨迹。 10.根据权利要求9所述的一种智能车辆避障换道轨迹规划系统，其特征在于，所述环境感知模块具体包括各环境感知传感器如摄像头、激光雷达、毫米波雷达、GPS、惯导。
所属类别：	发明专利