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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明提供一种自动驾驶汽车驶离环形交叉口的极限轨迹的确定方法，属于自动驾驶轨迹规划领域。本发明所述的一种自动驾驶汽车驶离环形交叉口的极限轨迹的确定方法，以自动驾驶汽车安全、高效地驶离环形交叉口为目的，以不越过环形交叉口出口道道路中心线或渠化线为目标，计算自动驾驶汽车在环道中的最晚驶离转向点及其对应的极限轨迹，以此来警示并限制自动驾驶汽车的驶离转向区域，保证自动驾驶汽车在不违反交通规则的情况下顺利驶出环形交叉口。

主权项：1.一种自动驾驶汽车驶离环形交叉口的极限轨迹的确定方法，包括：从任一环道n最晚驶离转向点An，出口道的道路中心线或渠化线的端点B，以及点An、点B之间的极限轨迹AnB；自动驾驶汽车，其左侧车头沿环道n中心线所在的圆曲线行驶，n＝1，2…N，车头方向垂直于中心岛半径方向；自动驾驶汽车驶出环岛的过程为非受限自由换道，即此过程不受其他汽车影响；环道n最晚驶离转向点An位于自动驾驶汽车左侧车头，且位于环道n中心线所在的圆曲线；极限轨迹AnB按照自动驾驶汽车换道或转弯行驶时所采用的五次多项式计算；所述的确定方法，其步骤如下：步骤一：将环形交叉口中心岛与环道线均视为正圆形的同心圆，中心岛的圆心为o，半径为r，单位：米；建立以中心岛圆心o为原点的直角坐标系，以自动驾驶汽车的目标出口道中心线为y轴，远离o点的方向为y轴正方向，与y轴正方向顺时针垂直90°的方向为x轴的正方向；步骤二：自动驾驶汽车左侧车头沿环道n中心线所在的圆曲线在步骤一所述的直角坐标系中的方程为其中，d为环道宽度，单位：米；步骤三：以等角度间隔1°在自动驾驶汽车当前位置与y轴之间的环道n中心线所在的圆曲线上取点，任意点i的坐标为xi，yi的坐标，其中i＝1，2，3…m，xm，ym为最晚驶离转向点An；步骤四：出口道的道路中心线或渠化线的端点B在步骤一所述的直角坐标系中的坐标为0，r+Nd；步骤五：以环道n的中心线作为参考线，分别以参考线的切向向量和法向向量所在直线为坐标轴建立Frenet坐标系，采用五次多项式模型描述换道轨迹： 式中，t代表换道过程中的某一时刻，单位：秒；st、dt分别表示Frenet坐标系下纵向位移和横向位移关于时间t的函数，单位：米；pk、qk分别表示t的系数，k＝0，1，2，3，4，5；对st函数进行二次求导： 式中，表示t时刻自动驾驶汽车的纵向速度，单位：米秒，表示t时刻自动驾驶汽车的纵向加速度，单位：米平方秒；将自动驾驶汽车左侧车头驶离环道n中心线的时刻记为t0＝0，带入st函数，求得前三项系数： 对dt函数进行二次求导： 式中，表示t时刻自动驾驶汽车的横向速度，单位：米秒，表示t时刻自动驾驶汽车的横向加速度，单位：米平方秒；将自动驾驶汽车左侧车头驶离环道n中心线的时刻记为t0＝0，带入dt函数，求得前三项系数： 步骤六：以任意点i处自动驾驶汽车左侧车头驶离环道n中心线的时刻为t0，令i＝1，通过直角坐标系与Frenet坐标系的转换求得x1，y1在Frenet坐标系下的纵向位移s0，求得p0、p1和p2；定义任意点i处出发的自动驾驶汽车左侧车头到达B点的时刻为换道结束时刻t1i，即i＝1时，t1i＝t11；令T＝t11-t0，其中T为换道时间，取值范围为[3，10]，单位：秒；则B点在Frenet坐标系下的纵向位移为st11，目标出口道上自动驾驶汽车的纵向期望速度和纵向期望加速度为和将t11时刻状态信息带入st函数，求得系数p3、p4和p5；再通过直角坐标系与Frenet坐标系的转换求得x1，y1在Frenet坐标系下的横向位移d0，求得q0、q1和q2；B点在Frenet坐标系下的横向位移为dt11，目标出口道上自动驾驶汽车的横向期望速度和期望加速度为和将t11时刻状态信息带入dt函数，求得系数q3、q4和q5，得到Frenet坐标系下的五次多项式换道轨迹；步骤七：换道过程中，自动驾驶汽车受自身、道路等相关条件的约束，分别为：约束一：自动驾驶汽车自身约束 式中，vs为自动驾驶汽车的横向速度，单位：米秒；vs，limit为横向速度极限，单位：米秒；as为横向加速度，单位：米平方秒；as，limit为横向加速度极限，单位：米平方秒；vd为纵向速度，单位：米秒；vd，limit为纵向速度极限，单位：米秒；ad为纵向加速度，单位：米平方秒；ad，-limit为纵向减速度极限，单位：米平方秒；ad，limit为纵向加速度极限，单位：米平方秒；约束二：道路约束v≤vL，limit式中，v为自动驾驶汽车横向速度与纵向速度矢量和，单位：米秒；vL，limit为道路速度限制，单位：米秒；步骤八：分别令i＝2，3，4…，重复步骤六直至在T的取值范围内轨迹方程无解，令m＝i-1，此时的xm，ym即为环道n最晚驶离转向点An，求得的轨迹AnB即为自动驾驶汽车驶离环形交叉口的极限轨迹。

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