[发明专利]一种纵横向耦合的智能车辆轨迹规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种纵横向耦合的智能车辆轨迹规划方法及系统，步骤如下：获取车辆在当前时刻的状态；采用深度决策网络方法决策出车辆在规划时域时间后车辆与同车道前车应当保持的车头时距、车辆的目标车道；规划车辆的纵向参考轨迹和横向参考轨迹；根据纵向参考轨迹和横向参考轨迹，采用基于模型预测控制的轨迹重规划方法求解出车辆的最终轨迹。本发明考虑了车辆的纵横向运动的耦合，规划更符合车辆动力学特性的轨迹，通过构建危险度目标函数、燃油消耗目标函数和排放目标函数，提高车辆行驶的安全性、经济性和环保性。

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种纵横向耦合的智能车辆轨迹规划方法及系统。

背景技术

车辆智能化是当前车辆技术的主要发展方向之一，而自动驾驶技术是车辆智能化过程中的关键技术。一个具有自动驾驶功能的智能汽车，应当具有良好的感知功能、决策功能、轨迹规划功能和全线控执行机构。其中，轨迹规划功能是根据当前的周围环境规划出一条安全且高效的行驶轨迹，提供给执行机构进行相应的转向和加减速控制。轨迹规划技术是自动驾驶技术的重要组成部分，决定着自动驾驶车辆的行驶轨迹，影响着车辆行驶效率和安全性。

现有研究已经提出了一些有效的轨迹规划方法，中国发明专利申请号CN201910015057.1，名称为“一种复杂工况下自动驾驶车辆决策系统及其轨迹规划方法”中提出了一种车辆的路径和速度的双规划方法，该方法实现了轨迹的规划，但是没有考虑到车辆的纵横向运动的耦合，规划得到的轨迹可能会超出车辆动力学能力。中国发明专利申请号CN201911206096.6，名称为“基于模型预测控制的无人驾驶车辆动态避障轨迹规划方法”中提出了一种基于模型预测控制的无人驾驶车辆动态避障轨迹规划方法，该方法建立了具有避障功能代价函数的轨迹规划器，能够规划出安全的轨迹。现有的方法虽然能够规划出安全的行驶轨迹，但是没有考虑车辆的纵横向运动的耦合，规划得到的轨迹可能会超出车辆的动力学能力。

此外，现有的方法在轨迹规划过程中没有考虑车辆的燃油经济性和污染排放，不能充分提高车辆行驶的经济性和环保性。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纵横向耦合的智能车辆轨迹规划方法及系统，本发明考虑了车辆的纵横向运动的耦合，规划更符合车辆动力学特性的轨迹，通过构建危险度目标函数、燃油消耗目标函数和排放目标函数，提高车辆行驶的安全性、经济性和环保性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种纵横向耦合的智能车辆轨迹规划方法，步骤如下：

1)获取车辆在当前t时刻的状态；采用深度决策网络方法决策出车辆在规划时域T_p时间后车辆与同车道前车应当保持的车头时距车辆的目标车道；

2)规划车辆的纵向参考轨迹为：

式中，x_t、分别为车辆在t时刻的沿着道路方向的纵向位置、纵向速度和纵向加速度；a^x为车辆在规划时域T_p内的纵向加速度，其为：

式中，和分别为同车道前车在当前时刻t的纵向行驶距离和纵向速度；采用五次多项式轨迹规划方法规划出车辆的横向参考轨迹；

3)根据纵向参考轨迹和横向参考轨迹，采用基于模型预测控制的轨迹重规划方法求解出车辆的最终轨迹。

进一步地，所述步骤1)中车辆在当前t时刻的状态X_t为：

式中，x_t、分别为车辆在t时刻的沿着道路方向的纵向位置、纵向速度和纵向加速度；y_t、分别为车辆在t时刻的垂直于道路方向的横向位置、横向速度和横向加速度。