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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明涉及车辆自动驾驶技术领域，且公开了一种防碰撞的动态智能网联车辆最优换道轨迹规划方法，首先建立换道轨迹方程，之后在车辆动力学约束、交通规则约束下采用序列二次规划方法求解最优换道轨迹，之后对未来一定时间步长内的潜在碰撞风险进行碰撞检测，若不存在碰撞风险，车辆根据最优换道轨迹执行换道固定时间步长，若存在潜在碰撞，则计算返回原始车道的最优轨迹返回原始车道，往复循环直到换道完成或返回原始车道。该方法将最优换道轨迹规划和实时碰撞检测相结合，计算出每一时间步长的最优换道轨迹，并对每一时间步长内的潜在碰撞风险进行碰撞检测，可实现换道过程的实时避撞，有利于提升换道行为的安全性与舒适性。

主权项：1.一种防碰撞的动态智能网联车辆M最优换道轨迹规划方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立智能网联车辆M基于五次多项式的换道轨迹规划方程；所述步骤S1的轨迹方程建立过程具体步骤如下：S1.1、换道运动解耦为两个正交方向：纵向X方向和横向Y方向，利用五次多项式构建智能网联车辆M每个方向上的轨迹规划方程；所述步骤S1.1中的轨迹规划方程表达式： 其中，xt和yt分别表示车辆在t时刻的纵向位置和横向位置，aii＝1,2,3,4,5和bii＝1,2,3,4,5表示待确定系数；S1.2、建立智能网联车辆M在换道初始时刻ti和最终时刻tf的位移、速度和加速度方程；所述步骤S1.2中位移、速度和加速度方程表达式如下： 其中，xti、分别表示x方向车辆换道初始时刻ti的位置、速度、加速度，xtf、分别表示x方向车辆换道最终时刻tf的位置、速度、加速度，yti、分别表示y方向车辆换道初始时刻ti的位置、速度、加速度，ytf、分别表示y方向车辆换道最终时刻tf的位置、速度、加速度；S1.3、对相关变量进行初始化；所述步骤S1.3的初始化表达式如下： 其中，xf为x方向上车辆的最终位置，Wlane为车道宽度，vM、vC分别表示当前车辆和车辆目标车道前车的速度，所述步骤S1.4对aii＝1,2,3,4,5和bii＝1,2,3,4,5进行求解；S1.4、对步骤S1中的轨迹规划方程系数进行计算；S2、构建智能网联车辆M换道舒适度函数、换道效率函数以及总成本函数；所述步骤S2中的换道舒适度函数Jcomfort的表达式如下： 其中，w1和w2为权重系数，jxt为t时刻x方向加加速度，jyt为t时刻y方向加加速度，jx,max、jy,max分别表示x方向、y方向的最大加加速度，ti、tf分别表示车辆换道初始时刻、换道最终时刻，ax,max、ay,max分别表示x方向、y方向的最大加速度，表示对内部函数进行积分；所述步骤S2中的换道效率函数Jefficiency的表达式如下：Jefficiency＝w3xf-xi+w4tf-ti其中，w3和w4为权重系数，xi、xf分别表示智能网联车辆M换道初始时刻的x方向位置、换道最终时刻的x方向位置；所述步骤S2中的总成本函数Costxf，xi的表达式如下：Costxf，xi＝Jefficiency+JcomfortS3、构建智能网联车辆M换道的车辆动力学约束和交通规则约束；所述步骤S3中的车辆动力学约束和交通规则约束的具体表达式如下： 其中，vx,max、vy,max分别为x方向、y方向的最大速度，ax,max、ay,max分别为x方向、y方向的最大加速度，jx,max、jy,max分别为x方向、y方向的最大加加速度，x.t.表示约束，表示对内部函数取最小值；S4、通过步骤S2建立的函数与步骤S1建立的轨迹规划方程进行配合，并在步骤S3的约束下，采用通过序列二次方法求解非线性规划问题，计算出最优换道轨迹；S5、智能网联车辆M执行碰撞检测，判断下一时间步长是否存在碰撞风险；若下一时间步长不存在碰撞风险，则执行步骤S6；若下一时间步长存在碰撞风险，则执行步骤S7；所述步骤S5碰撞检测的过程具体如下：S5.1、采用动态矩形对智能网联车辆M进行建模；矩形模型的中心作为智能网联车辆M的偏转中心，偏转中心坐标为XMt,YMt，智能网联车辆M偏转前的矩形顶点坐标表示为Xot,Yot,o＝1,2,3,4，偏转后的矩形顶点坐标表示为Xo't,Yo't，o＝1,2,3,4，其中o＝1对应的点表示智能网联车辆M矩形模型的右前方顶点，o＝2对应的点表示智能网联车辆M矩形模型的左前方顶点，o＝3对应的点表示智能网联车辆M矩形模型的左后方顶点，o＝4对应的点表示智能网联车辆M矩形模型的右后方顶点；S5.2、对各个点的坐标进行计算；S5.3、对智能网联车辆M矩形模型的边框定点进行设置并定义；S5.4、对智能网联车辆M和原始车道前车A之间的安全约束进行计算；S5.5、对智能网联车辆M和智能网联车辆M目标车道前车C之间的安全约束进行计算；S5.6、对智能网联车辆M与智能网联车辆M目标车道后车B之间的安全约束进行计算；S6、智能网联车辆M以固定时间步长依据最优换道轨迹执行换道并判断换道是否完成，若换道完成，则智能网联车辆M完成车道变更，若换道未完成，则智能网联车辆M以所在位置为起点，执行步骤S1-S4，重新规划最优换道轨迹；S7、智能网联车辆M以当前位置为起点，执行步骤S1-S4，计算智能网联车辆M返回原始车道的最优换道轨迹，依据返回原始车道的最优换道轨迹返回原始车道。

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