[发明专利]一种交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法

说明书

本发明专利公开了一种交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法。具体方法主要包括三个步骤：一、生成基于五次多项式的换道轨迹集；二、考虑车辆动力学约束对换道轨迹集进行优化；三、遍历换道起点位置，确定极限换道起点及其对应的极限换道轨迹。本发明专利考虑车辆自身条件约束和道路条件约束，提出交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法，为自动驾驶车辆提供了极限换道轨迹的预警，从而提高驾驶安全性、换道成功率和通行效率。

技术领域

本发明属于自动驾驶车辆轨迹规划领域，具体涉及一种交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法。

背景技术

轨迹规划是自动驾驶技术中的重点与难点，换道是基本驾驶行为之一。在交叉口进口道的车辆换道具有强制性，而且换道频率高，需要考虑的因素比常规路段更为复杂。换道轨迹规划不合理会影响通行效率或者导致换道失败，甚至会出现车辆压线换道等违反交通规则的情况，同时也将威胁行车安全。为自动驾驶车辆提供极限换道轨迹的预警后，就能够避免发生上述情况。因此，确定交叉口进口道自动驾驶车辆的极限换道轨迹对于提高驾驶安全性、换道成功率和通行效率具有重要意义。

现有对轨迹规划的研究比较广泛，但大多数集中在避障上，并且较少涉及交叉口进口道场景。发明专利202111661902.6根据道路环境、障碍物信息以及当前车速，通过求解关于舒适性、避障效率、侧滑的多目标优化问题，确定最优的避障换道回正点和基于多项式曲线的避障换道轨迹；发明专利202111406002.7首先根据道路形式、车辆的位姿和速度信息生成候选轨迹，然后构建并计算候选轨迹的成本函数，选择成本最小的候选轨迹作为最优轨迹。然而，以往未见自动驾驶车辆在交叉口进口道极限换道轨迹的研究。交叉口进口道的换道行为与常规路段不同，为了保证行车安全、不违反交通规则和成功换至目标车道以满足转向需求，自动驾驶车辆需要极限换道轨迹的预警以指导其进行换道操作，因此，在轨迹规划领域，交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法是非常有必要的。

基于上述背景，亟需提出一种交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法，在考虑车辆自身条件约束和道路条件约束的情况下，基于五次多项式确定极限换道轨迹，以提高驾驶安全性、换道成功率和通行效率。经查找，暂未有交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法的相关报道。

发明内容

1.一种交叉口进口道自动驾驶车辆极限换道轨迹的确定方法，包括如下步骤：

步骤一、生成基于五次多项式的换道轨迹集：

步骤1.1建立Frenet坐标系：

定义换道前自动驾驶车辆所在车道为原车道，以下将自动驾驶车辆简称为车辆，以原车道的中心线为参考线，以车辆自身为原点，分别以参考线的切向量s和参考线的法向量d所在直线为坐标轴建立Frenet坐标系，定义参考线的切向量s方向为纵向，参考线的法向量d方向为横向；

步骤1.2建立并求解基于五次多项式的换道轨迹模型：

在Frenet坐标系下分别建立纵向位移和横向位移关于换道过程中某一时刻t的五次多项式函数s(t)和d(t)：

其中，p_k、q_k是时刻t的系数，k＝0，1，2，3，4，5；

求解纵向位移关于时刻t的函数s(t)，对s(t)进行两次求导分别得到纵向速度和纵向加速度关于时刻t的函数和

将换道开始时刻t＝0和此时车辆的纵向位置s(0)、纵向速度和纵向加速度分别带入上式求得p₀＝s(0)、和

将五次多项式函数s(t)写成如下矩阵形式：