[发明专利]一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法

说明书

本发明公开了一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法，通过不断的数据更新、求解轨迹优化模型可以完成完全自动驾驶环境下自动驾驶车辆的连续变道轨迹优化方法。本发明所公布的多车道轨迹优化方法可以满足自动驾驶车辆在规定的时间、空间内完成本车的换道任务，具有以下特点：1、能够保证本车在规定的时间、规定的空间内完成多次变道的实际需求；2、能够提升本车变道中的轨迹平滑度以及舒适性；3、能够降低本车的变道行为对前后所涉车辆的影响。

技术领域

本发明属于自动驾驶车辆控制技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法。

背景技术

自动驾驶车辆在行进过程中的变道轨迹优化问题，尤其是自动驾驶车辆在短时间内的多次变道轨迹优化问题，是自动驾驶车辆在应用过程中应当克服的主要问题。其主要难点在于：

1、自动驾驶车辆多次换道通常带有一定目的性，例如需要在到达交叉口前、绿灯持续时间内变道至最右/左侧车道完成右/左转。因此自动驾驶车辆多次换道通常需要在规定的时间、规定的前进距离内完成；

2、换道过程中，车辆进行曲线运动，导致车辆产生横向加速度，影响乘客乘坐舒适性的同时还可能导致车辆侧翻。因此自动驾驶车辆的多次换道需要考虑车辆的安全性与舒适性；

3、车辆的变道行为会对所涉车道上的交通流产生一定扰动影响，尤其是多次变道涉及多个车道。因此自动驾驶车辆的多次换道需要考虑最小化交通扰动影响。

因此，需要提供一种考虑以上三条的自动驾驶车辆多次换道轨迹优化方法，应对未来全自动驾驶交通环境下自动驾驶车辆的多次换道轨迹优化问题。

发明内容

本发明的目的是针对未来交通发展趋势，提供一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法。本发明的轨迹优化方法具有如下特点：一、能够保证自动驾驶车辆在规定的时间范围内与规定的空间范围内完成多次换道，以适应应用场景需求；二、能够同时优化多次变道的舒适性、安全性；三、能够减少车辆多次变道对周边交通流的扰动影响。

本发明所涉一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法，适用于全自动驾驶环境。全自动驾驶环境下，所有车辆具备交通状态具有相当高的可感知性，同时车车之间可通过无线传输技术进行信息交换与协同控制。针对具有多车道强制换道需求的车辆(以下简称“本车”)，其当前车道记为1，所产生的多车道连续强制换道需求为：但是需要在车辆前进不超过花费时间不超过T的前提下，本车从车道1换道至车道m。

采用本发明所涉的一种自动驾驶车辆多车道连续变道轨迹优化方法可解决以上问题，其技术方案是：

S1任务判定，本车产生多车道连续换道需求时，系统计算剩余距离剩余时间

S2初始环境识别，识别包括根据基于自动驾驶车辆通过无线连接构成的系统内所有车辆的静态属性与动态属性其中静态属性包含车辆的编号j、车辆长度l、最大制动加速度b以及制动操作延迟τ。动态属性包含车辆j在时刻t的位置[x(t),y(t)]、速度v(t)、加速度a(t)、当前车道l^c(t)、目标车道l^t(t)以及前进方向与x轴的夹角。

S3根据初始环境参数，求解轨迹优化模型得到优化轨迹。轨迹优化模型的目标函数为：

约束条件为：

0α,β,1-α-β1