[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

权利要求书

1.一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，换道前车辆行驶方向为x轴，垂直于该行驶方向为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，X_M(t)和Y_M(t)分别表示M的纵向位移和横向位移；a_i,i∈{0,1,2,3,4,5}和b_i,i∈{0,1,2,3,4,5}分别是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L_o的行驶轨迹：

(203)目标车道后车F_d的行驶轨迹：

其中，分别表示M与L_o、F_d之间换道前的车头间距；分别表示L_o、F_d的初始行驶速度；W表示车辆F_d到M的横向距离；表示F_d的减速度；表示F_d通过减速达到可接受速度的时间，当F_d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L_o的安全换道的条件：

(302)主车M与目标车道后车F_d的安全换道的条件：

其中，分别表示L_o的车长与车宽，与分别表示F_d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，β为主车M的矩形模型顶点与水平方向的夹角，且

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，Δα_max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，z_M为主车的轴距，k_max为不影响驾驶安全性能的最大曲率；

速度：0<v_x,M(t)<v_x,max，v_x,M(t)为M纵向的行驶速度，v_x,max为路段上限制的最大纵向行驶速度；

位置：0<Y_M(t)<W，Y_M(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，a_x和j_x分别为纵向的加速度和加加速度；a_y和j_y分别为横向的加速度和加加速度；a_x,max和j_x,max为考虑舒适度而允许的最大纵向加速度和加加速度；a_y,max和j_y,max为考虑舒适度而允许的最大横向加速度和加加速度；

所述步骤四之后还包括：

步骤五：综合人的舒适程度、换道的纵向位移和换道时间三个因素建立评价换道轨迹影响程度的费用函数模型，计算得到最优的换道轨迹，为车车协同下无人驾驶车辆的换道最优轨迹：

(501)目标车道后车F_d匀速协同时的费用函数：

其中，w₁、w₂、w₃是权重系数，其和为1；max(j)、max(x_c)和max(t_c)分别为可行换道轨迹集中的舒适度函数、纵向换道距离、换道时间的最大值；其中人的舒适度计算函数为；

(502)目标车道后车F_d减速协同时的费用函数：

其中，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄是权重系数，其和为1；x_Fd,slow是换道时间t_c内F_d减速协同的距离，x_Fd,con是换道时间t_c内如果F_d保持匀速行驶的距离；

步骤六：由费用函数计算得出的主车最优换道轨迹的最终状态，根据主车换道前的初始状态和最终状态求解步骤(201)的五次多项式得出最优换道轨迹方程。