[发明专利]一种激进型辅助驾驶弯道避障换道路径规划系统及方法

权利要求书

1.一种激进型辅助驾驶弯道避障换道路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，摄像头采集车道线信息、障碍物信息以及车道限速，将识别的自车所在车道的两车道线曲率、障碍物位置信息、车道的限速传到CAN总线上，分别供VCU调取用于计算和判断；激光雷达采集前方障碍物的相关信息，将采集的前方障碍物和自车之间的相对距离以及前方车辆的速度传到CAN总线上，分别供VCU调取用于判断和计算；

步骤2)，车速传感器、加速度传感器、前轮转角传感器分别收集汽车的车速、加速度、前轮转角，并将收集到的数据输入到CAN总线上和供电子VCU进行计算；

步骤3)，VCU根据接收到的前方车辆的车速、自车车速、加速度建立制动安全距离模型，根据Mazda制动安全距离模型计算汽车和前方车辆之间的安全距离：

其中，V_h为自车速度，v_rel为前车与自车的相对速度，μ为路面辅助系数，g为重力加速度，t₁为驾驶员反应延迟时间,t₂为制动器延迟时间，d₀为最小停车距离，并将计算的到的安全距离传到CAN总线上，供VCU进行调取和判断；

步骤4)，VCU通过判断自车道前方障碍物和自车之间的距离S_real与安全距离S_safe的大小，计算出差值a，a＝S_real-S_safe；

步骤5)，摄像头检测道路信息，通过图像识别，得到车道限速为v_lim,VCU通过判断得到S_real≤S的结果后，S为需要测量操作的距离，判断前车速度v_q与v_lim*j1的大小(j1∈(0,1))，计算出差值b，b＝v_q-v_lim*j1；j1为自定义速度系数，由于激进型驾驶风格的驾驶员存在对外车道上慢速行驶车辆不耐烦而从内车道超车的行为，可对激进型驾驶风格的驾驶员进行驾驶行为分析，分析超车时前车速度与道路限制速度的比值，这n个数据为k₁,k₂,···k_n,为保证数据的准确性，采用最小二乘法，使最小，为平均值，即为使D最小时的x，

步骤6)，VCU通过判断得到S_real≤S的结果后，通过判断前车是否紧急制动，计算前车减速度a_q与max(a_com)大小，即计算出差值c＝max(a_com)-a_q，max(a_com)为普通制动时汽车平均减速度的最大值；

步骤7)，摄像头实时检测，前方障碍物左侧车道是否有障碍物，当差值a、b、c三者有一个小于等于0时，且当左侧车道无障碍物时，VCU计算出换道路径，为进行直接换道的决策做准备，当判断为假时，计算给出制动轮缸压力，进行制动；

步骤8)，VCU通过路径规划控制器，对方向盘转角进行控制，并计算转向角δ、速度v、制动踏板力F，传入线控转向单元、线控制动单元、速度控制单元进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种激进型辅助驾驶弯道避障换道路径规划方法，其特征在于，步骤7)中，换道路径的确定方法为：

步骤7.1)，根据CAN总线中的路径曲率，以车辆后轮中心所在位置与右侧车道垂线的交点为原点(0,0)拟合出自车车道实时圆弧曲线，为

其中，R为路径曲率半径，x为换道纵向距离；

设定车道宽度为d_w，则自车所在路径公式为：

步骤7.2)，通过道路宽度的关系，计算得到相邻车道道路中心的实时圆弧曲线，即目标换道路径公式为：

步骤7.3)，通过五次多项曲线拟合出两车道中心圆弧曲线之间的换道路径，规划出换道路径；

车辆的换道结束目标点为(x_s,y_s),设换道路径方程为：

y(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵

其中，a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅分别为五次多项式的系数；

车辆在换道初始位置x＝0和结束位置x＝x_s满足方程为：

其中，Rz为车道线中心线的曲率半径；

求解可得，a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅的值，假设纵向速度V不变，即x_s＝V*t，则换道轨迹为：

y(x)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³+b₄t⁴+b₅t⁵

则：

C＝[V³ V⁴ V⁵]

步骤7.4)，通过改变x_s，即换道完成纵向距离，可得到不同的换道轨迹；

步骤7.5)，前轮转角由基础驾驶员模型得到：

式中，L：轴距，V：纵向速度，为侧向加速度，δ_f为前轮转角；

步骤7.6)在不同车速下，根据基础驾驶员模型和轨迹二次求导得到的侧向加速度，得到期望前轮转角，在不同的轨迹条件下，根据运动学二自由度模型：

式中，K₁为前轮总侧偏刚度，K₂为后轮总侧偏刚度，I_z为绕z轴的转动惯量，m为汽车总质量，a为质心至前轴距离，b为质心至后轴距离v_y为侧向速度；

计算得到横摆角速度和质心侧偏角；

步骤7.7)设定目标函数为：

式中：l_d为换道轨迹的纵向长度l_d＝x_d，a_y(t)、β(t)、ω(t)为换道过程中的侧向加速度、横摆角速度与质心侧偏角，a_ymax、β_max、ω_max为所有换道轨迹中最大侧向加速度、最大横摆角速度与最大质心侧偏角，w₁、w₂、w₃、w₄为权值系数，w₁+w₂+w₃+w₄＝1，第一项反应换道效率，第二、三、四项反应换道平顺性与安全性，满足目标函数的y(t)即为不同车速下的最优换道轨迹。