[发明专利]一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法

权利要求书

1.一种基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据无人车队的编队控制向车辆发送预定义的编队结构信息，所述编队结构信息包括存在组队关系的车辆数量、车辆位置和车辆间的期望距离；

2)根据预定义的无人车队形和无人车之间的间距，使用图论方法，规划出保持编队所需的速度和位移；

3)根据无人车队队形规划获得无人车编队轨迹规划，对编队轨迹规划进行无人车避障轨迹规划；

4)将无人车编队轨迹规划和无人车编队轨迹规划的规划结果进行加权，得到车辆的最终规划结果，生成最终轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤1)中编队结构信息抽象为简单图结构，图中节点为车辆位置，图中的边表示两车间存在保持间距的组队关系，边的长度为车辆间的期望距离。

3.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤2)中编队车辆将根据周围存在边的车辆的位置规划自车轨迹，调整自车位置，从而与周围车辆保持期望间距，基于图论方法，设计分布式的编队控制方程，以完成上述规划过程，具体过程如下：

编队结构的图定义为其中V＝{ν_i，i＝1…N}为点集，是边集，E中的元素为有序的元素对e_k＝(ν_i,ν_j),k＝{1…|E|}，同时定义关联矩阵

其中：e_k为图中的第k条边；

根据关联矩阵定义拉普拉斯矩阵

式中，为对角矩阵，矩阵元素W_i,j表示每条边e_k的重要程度；其中，图节点即为车辆，边为车辆间保持的间距，车辆编队即可抽象为图结构；

根据图的相关理论和当前车辆与其他车辆间距，规划出保持编队所需的速度和位移；

其中，为每个车辆的位置向量，为图中的期望间距；

按照上述方程计算下一时刻的车辆位置，则编队车辆可以形成并保持局部图结构的稳定，编队整体将趋于形成预定义的编队结构并保持稳定，在(s,l)坐标系下，方程为：

式中，i，j表示存在边的两个节点，即车辆i与车辆j，w_i,j为边的权重，s_i,j和l_i,j为车辆i与车辆j的横纵向间距，b_s和b_l为图结构期望的横纵向距离；

s-l坐标系为根据道路曲线形状对道路进行建模，以车辆沿道路中心线前进方向为S轴，垂直于道路中心线方向为L轴，(s,l)表示车辆在s-l坐标系下的坐标。

4.根据权利要求1所述的基于图论与势场方法的无人车多车道护航编队方法，其特征在于，所述步骤3)中避障轨迹规划为基于势场法的避障轨迹规划，根据无人车感知的当前环境，使用势场法对环境进行建模，量化行驶风险，调整编队结构和势场力与速度的比例系数，规划出安全避障的速度与路径。