面向无人驾驶的车辆协同换道轨迹规划

换道轨迹规划是无人驾驶车辆核心功能模块之一。传统换道轨迹模型研究场景简单,较少考虑车辆间的相互影响。为此,综合考虑换道过程中车辆之间的相互作用,结合车辆运动特性,引入换道安全控制参量——车间间距,建立考虑前方障碍车辆的多项式协同换道轨迹模型。基于换道安全考虑,采用矩形构建车辆模型分析换道过程中车辆的几何关系。以换道车辆的几何特征角点与前方障碍车辆车尾的相对位置关系建立安全约束方程。与现有多车换道轨迹规划方法相比,轨迹方程形式简单,求解方便,换道安全控制参量物理意义直观明确。仿真实验验证了换道轨迹模型的可行性与合理性,研究结果为无人驾驶多车安全换道轨迹规划研究提供探索性研究。     

基于五阶Bezier曲线的无人车避障轨迹规划

无人驾驶汽车的局部路径规划对于自动驾驶技术的推广有着至关重要的作用。为了研究无人驾驶汽车在运行过程中前方会出现会静止障碍物采用换道避障策略的情况,提出了基于五阶Bezier曲线的局部路径规划方法。首先,通过分析车辆性能极限及车辆碰撞边界确定换道过程中车辆的可行驶域,再进一步考虑车辆的物理特性提出轨迹曲线优化目标函数,确定五阶Bezier曲线的6个控制点,得到最优避障轨迹。然后利用CarSim和MATLAB/Simulink软件进行仿真实验验证。结果表明此方法能够规划出易于车辆跟踪的轨迹曲线,且针对不同车速情况下的换道避障能够分别产生此车速下的最优避障轨迹。     

基于V2V的高速换道轨迹多目标规划

为了解决传感器式智能车辆换道灵活性差和安全性低等问题,提出一种V2V模式下的高速换道模型.在换道起始时刻,通过V2V获取周围交通车的状况,确定与周围交通车在换道前应该保持最小的安全换道距离,判断换道的可行性.换道条件允许的情况下,采用多项式函数对车辆的换道轨迹进行描述.并建立了权衡换道舒适性和效率的目标函数对轨迹进行多目标规划,为车辆规划出该交通环境下的最优换道轨迹.结果表明:与非V2V换道模型相比,在换道空间不够充裕的情况下,通过V2V规划出来的轨迹,在换道过程中与周围车辆保持着更大的安全车距;CarSim仿真中车辆轨迹跟踪误差和动力学参数都控制在合理的范围内,进一步说明多目标优化的轨迹可以综合提升换道的效果,使得车辆能够适应不同交通环境.     

无人车"三阶段"换道轨迹规划过程分析

文章在换道过程分析研究的基础上,将换道轨迹规划过程分为换道方案生成阶段、变速调整阶段和匀速换入阶段3个阶段;将局部动态规划变成拟静态规划,考虑了无人车机器的反应时间,使实际换道执行时间更加准确。该文在车辆运动学约束和G2连续要求下控制车辆换道轨迹,在变速调整阶段控制主车加速度使得主车到达换道速度和换入位置,在匀速换入阶段运用五次多项式换道轨迹规划方法规划匀速换入的轨迹。通过仿真分析,发现该文提出的换道轨迹满足车辆实际运行要求,在动态仿真过程中证明了换道轨迹安全可行;与传统五次多项式规划轨迹比较,该文提出的换道轨迹规划过程可以提高换道成功率。     

融合改善型可行性检验模型的换道跟踪方法

现有的最小安全距离换道可行性检验模型通常默认周围车辆处于车道保持状态,且只考虑本车道和目标车道车辆对本车换道的影响,未讨论周围车辆处于车道变换状态或者相间车道车辆变道的影响。为建立更加安全、全面的换道可行性检验模型,实现安全自主换道,分析了车道变换的逻辑架构,重点研究了一种全面考虑周围（包括相邻车道和相间车道）车辆处于车道变换和车道保持状态的改善型换道可行性检验模型,保障车辆换道过程中不与周围车辆发生碰撞。使用基于模型预测控制（MPC）方法实现换道轨迹跟踪控制,设计仿真对比试验,通过PreScan和Simulink联合仿真对所研究的模型和方法进行验证。仿真结果表明提出的改善型换道可行性检验模型比对比模型更加安全高效,MPC控制方法的横向轨迹跟踪误差在1 cm以内,具有很高的跟踪精度。     

考虑操纵稳定性的自动驾驶汽车轨迹综合优化方法

针对自动驾驶汽车在局部轨迹规划上对车辆操纵稳定性考虑不足、对车辆模型过度简化和缺少对车辆舒适性客观评价的问题,建立了考虑车辆操纵稳定性的车辆三自由度模型,模拟自动驾驶汽车换道场景,根据输入车轮转角得到输出的换道轨迹,运算得到车辆换道行驶参数化方程和行驶轨迹特征.运用BP神经网络对行驶轨迹特征进行识别,得到自动驾驶汽车换道持续时间和横向偏移距离所对应的车轮转角变化关系.在不同换道车速下,根据不同换道持续时间和横向偏移距离,输入车轮转角得到换道优化轨迹簇和操纵稳定性参数.在只考虑行驶效率和安全的常规轨迹优化方法的基础上,构建轨迹综合优化目标函数,考虑表征车辆换道过程舒适性和操纵稳定性的(横摆、侧倾、侧向)加速度变化率均值,提出一种基于行驶效率、安全性、舒适性和操纵稳定性的轨迹综合优化方法.对轨迹综合优化目标函数进行求解得到最优换道行驶轨迹,联合仿真结果表明该方法优于常规轨迹优化方法且舒适性、操纵稳定性改善达20%以上.     

多车环境下智能货车的紧急转向决策及轨迹规划

决策与规划是实现自动驾驶的关键技术,针对自动驾驶货车在紧急转向避障时需要考虑换道时目标车道的安全性和规划出最优避障轨迹的问题,采用将换道时左右车道上的车辆与自车的相对距离和换道的最小安全距离的差值分别建立模糊关系的方法,通过比较模糊规则推理设计的安全值,选择更安全的车道进行转向避障,为了迅速规划出最优避障轨迹,采用三阶贝塞尔曲线,通过设计4个控制点坐标形成避障曲线,为了防止转向时横向加速度过大导致货车发生侧翻和速度过快与前车发生碰撞,设计车辆的稳定性边界和碰撞边界对控制点进行约束,使用MATLAB中的函数求解出不同车速下的最优换道轨迹,最后使用仿真软件进行仿真验证,结果表明设计出的避障决策和轨迹规划可以安全、有效地避开障碍。     

基于Carsim和Simulink的超车换道仿真分析

超车是换道的主要动机,分析超车过程中驾驶员的操作特性以及车辆运动状态,能够为驾驶员模型的精确控制提供参考。在分析各种可能换道的基础上,构建动态超车换道可行域。以7次多项式规划换道边界轨迹,依据期望跟车距离确定可行域的上边界,根据安全碰撞条件确定可行域的下边界;并依据两车的运动关系确定超车换道条件。预设超车换道轨迹,在Simulink中构建驾驶员模型;并将Carsim中车辆模型导入,进行了超车换道模型仿真分析。对超车过程中车辆参数进行对比分析。结果表明:超车过程中驾驶员一般会提高车速,但加速强度不大;且低速时换道的随意性大,但与设定轨迹偏离程度较小。     

消减换道行为影响的换道轨迹规划

构建了一种能够消减换道行为影响的换道轨迹规划,将帕累托最优理念引入至自主换道行为中,通过IDM（intelligent driver model）模型构建周边车辆的优化目标。采用5次多项式模型构建换道车辆的优化目标,引入多目标优化算法求解该多目标问题,从而获得换道车辆与周边车辆的帕累托最优前沿。实验表明相比于现有算法所提算法能够显著降低换道区域内所有车辆的总损失,提高区域内交通流运行状态及安全。     

基于双曲正切函数的小客车换道轨迹模型

通过Simi-Motion软件提取高速公路出口路段无人机航拍视频的左换道(LLC)和右换道(RLC)车辆轨迹数据,基于双曲正切函数建立了新的车辆换道轨迹模型,将新模型与传统的样条曲线函数、五次多项式、正弦函数轨迹模型进行对比分析.通过对模型参数的敏感性分析、拟合优度检验、CarSim仿真分析证明了新模型的特点和适用性.研究表明:相比于传统的换道轨迹模型,新模型具有较高的拟合精度,且模型中各参数均具有实际物理意义,模型中参数τ值表征驾驶员出口路段换道行为的紧急程度,该参数的存在使得新模型具有普适性和应用价值.利用这一特性,该模型可以生成特定驾驶环境的车辆换道轨迹,有助于与换道有关的道路几何指标研究和驾驶员辅助系统(ADAS)的开发和应用.     

基于贝塞尔曲线的智能商用车换道避障轨迹规划

智能车辆的安全避障是实现自动驾驶技术的基础,针对智能商用车高速行驶中的避障问题,建立相应的避障策略,结合高速公路实际工况,对智能商用车的换道避障轨迹进行规划,分为路径规划与速度规划两方面。基于车辆的横向稳定性,结合鱼钩实验得到商用车高速转向时路径曲率的最大值,提出基于贝塞尔曲线的轨迹规划算法,对曲率进行约束,利用遗传算法选取最优避障路径。并基于车辆安全距离模型确定避障车速,规划出一条满足动力学约束以及瞬态侧翻阈值约束的避障轨迹,利用Trcksim软件对避障轨迹的可行性进行验证,结果表明智能商用车能够安全、高效的进行换道避障。     

通行规则对道路状况的影响分析

针对通行规则对不同道路状况的影响问题,使用非线性拟合、相关性分析、碰撞临界值法等方法,分别建立了等速超车模型、变速超车模型、变道临界距离模型等模型,计算得到了在右行通行规则下,不同的道路负荷。分析了不同的道路通行规则对驾驶员的反应时间、车道变道时间的影响,通过智能系统模拟计算得到车辆在发生碰撞临界条件下的最小行车距离。     

基于车辆对道路不满意度的微观换道决策

自动驾驶汽车有着极大的应用潜力且高速公路环境下车辆变换车道是常见的行为。为进一步分析高速公路中自动驾驶汽车的微观换道决策,本文定义道路不满意度来表示车辆对行驶道路的不满意程度并将车辆换道意图的产生按本车是否达到目标车速而分为两类,当本车达到目标车速时为第一类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车相对于前车速度的增加。当本车未达到目标车速时为第二类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车达到目标车速时相对于前车移动距离的增大。针对不同类换道意图的产生机制,结合模糊推理设计道路不满意度算法。换道决策利用当前行驶车道和邻近车道的道路不满意度大小、安全跟车距离、换道安全距离来综合决定换道意图的发生。最后在MATLAB环境下搭建自动驾驶环境并仿真换道决策模型,结果显示本文相比其它换道决策,本文不仅考虑换道安全而且也考虑了目标车道和本车道的跟车安全,更具有实际意义。同时本文的模糊换道决策能兼顾安全性和智能性且适用于依目标车速定速巡航、为达到目标车速而加减速等多种复杂工况下的换道情况。     

基于效用理论的车辆换道交互行为及决策模型

研究分析道路交通环境下的车辆换道交互行为,客观反映车辆微观行为特性及宏观车流运行规律。通过分析车辆换道微观驾驶行为,构建Logit模型定量分析驾驶人换道行为决策过程,基于“效用理论”思想,实现驾驶人决策效用最大化。选取青岛市杭鞍快速路实际交通流为研究背景,标定模型相关参数;进一步仿真验证了分层Logit模型的准确性。研究成果可为智能网联交通环境下的车车交互、车路协同和自动驾驶系统提供理论支撑和方法依据。     

基于鲁棒比例-积分-微分控制的智能汽车自主换道轨迹跟踪控制

为了解决智能汽车自主换道轨迹跟踪所使用的比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器参数难以整定的问题,提出应用于自主换道轨迹跟踪控制的鲁棒PID控制器设计方法。首先,构建车辆-道路系统动力学模型,将转向执行机构看作一阶惯性环节,搭建包括转向执行机构动力学模型在内的系统动力学模型;然后,基于分段多项式表达求解自主换道轨迹模型,并基于时间与误差绝对值乘积积分构建鲁棒PID控制器,确定控制参数,形成闭环系统的传递函数;最后,进行仿真及实车试验,结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性,能在保证换道工况下智能车辆较好的轨迹跟踪能力的同时,有效地提高乘员舒适性。     

信号交叉口上游路段网联车换道博弈特性及模型

为提高网联驾驶车辆在信号交叉口上游路段与驾驶员车辆换道博弈的主动性,以左转网联驾驶车辆为研究对象分析该路段的强制换道博弈特性。首先,通过分析信号交叉口上游路段车辆的行驶意图和换道行为,设定驾驶人期望函数来客观反映车辆的行驶需求,以车辆的安全和行驶效率为收益并进行量化,在完全信息的假设下通过博弈均衡解得到最优换道决策来实现换道收益最大化;其次,为提高换道的舒适性,以五次多项式规划换道轨迹并实现网联驾驶车辆对驾驶员车辆博弈换道的过程;最后,利用仿真试验对模型进行验证,分析不同换道位置和绿灯剩余时间等因素对网联驾驶车辆决策的影响。研究结果表明,在信号交叉口上游非合作博弈强制换道过程中,随单位换道位置增加换道概率平均增加0.69%,随单位绿灯剩余时间增加车辆换道概率平均降低0.82%。通过仿真分析信号交叉口上游路段车辆的博弈换道特性和决策倾向,有利于为网联驾驶车辆换道提供决策引导。     

基于风险势场的网联自主车辆换道行为建模

为提高智能网联环境下网联自主车辆的换道安全,针对网联自主车辆环境感知及实时通讯的特点,以势场理论为基础,分析车辆不同方向所面临风险变的差异性,对动态车间距进行修正,构建车辆风险势场模型,将网联自主车辆驾驶过程中所面临的风险进行量化,以此为基础建立网联自主车辆安全换道距离模型,反映不同运动状态的换道车辆所需要的安全换道距离的变化趋势。对模型进行数值模拟分析,结果表明：当前车道和目标车道上车辆的运动状态直接影响换道时所需要的安全距离的大小。可见车辆进行换道操作时需调整自身的运动状态来改变风险势场的分布情况,避免与其他车辆的风险势场发生冲突,影响行车安全性。     

一种基于改进的弹性安全换道间距规则的元胞自动机模型

基于对STCA模型与F STCA模型的分析研究,结合车辆换道的实际状况,重新定义了换道风险度的概念,提出了一种更符合实际情况的改进的弹性安全换道间距规则,并进一步提出了基于该规则的双车道元胞自动机交通流模型.实验结果表明,该模型有益于提高道路资源利用率,同时在安全方面能够降低事故发生的可能性.     

考虑参数摄动的智能汽车动态侧向避障鲁棒控制策略

汽车加速度和速度因交通环境障碍物实时动态变化,智能汽车避障实时参考轨迹不光滑变化;参数摄动,车速实时变化和采集信号干扰,将造成智能汽车动态侧向避障精准控制困难。为此,提出考虑参数摄动的智能汽车动态侧向避障鲁棒控制策略。该控制策略分为动态轨迹规划层和动态轨迹跟踪层;动态轨迹规划层依据障碍物汽车加速度和速度动态变化,采用基于避障极限位置的动态轨迹规划算法,以规划能够保证智能汽车侧向安全避障的实时参考轨迹;动态轨迹跟踪层设计了考虑了质量、转动惯量和前后侧偏刚度参数摄动的鲁棒控制器,以实现实时动态参考轨迹精准跟踪。最后,利用Matlab/Simulink和Trucksim软件联合仿真,进行所提控制策略仿真验证。仿真结果表明：动态轨迹规划层能够依据障碍物汽车加速度和速度实时变化,实时规划了安全侧向避障动态参考轨迹;轨迹跟踪层克服了质量、转动惯量、前后侧偏刚度参数摄动,以及实时参考轨迹不光滑动态变化,平滑良好地跟踪了侧向避障实时参考轨迹。因此,所提控制策略实现了智能汽车安全动态侧向避障,同时确保了避障过程汽车横摆稳定性。