[发明专利]一种基于人工势场法的智能车辆换道轨迹规划系统及方法

权利要求书

1.一种基于人工势场法的智能车辆换道轨迹规划系统的轨迹规划方法，采用智能车辆换道轨迹规划系统，该智能车辆换道轨迹规划系统包括地图数据下载模块、GPS/INS位置定位模块、雷达监测模块、车辆参数读取模块和车辆控制模块，地图数据下载模块获取智能车辆的全局路径信息I并发送到计算单元，GPS/INS位置定位模块采集智能车辆与前方障碍车辆之间的最短距离ρ_ob、采集智能车辆的侧倾角以及航向角θ信息，并将信息发送给计算单元，雷达监测模块获取智能车辆周围的障碍物信息Oi并发送到决策单元，车辆参数读取模块读取车辆的当前速度v和车辆自重m并发送到计算单元，计算单元计算出前方障碍车辆的斥力场U和智能车辆的最大横向安全加速度a_s,并将斥力场U和智能车辆当前速度v信息发送给决策单元，将最大横向安全加速度a_s和当前速度v信息发送给速度规划模块，决策单元进行宏观决策得到智能车辆直行或换道的动作指令e，并将动作指令e、斥力场U和当前车速v发送给路径规划模块，路径规划模块进行路径规划得到路径点坐标(x_i,y_i)，并发送给速度规划模块和车辆控制模块，速度规划模块进行速度规划，得到每一个路径点坐标(x_i,y_i)处的最大安全速度v(x_i)_max并发送给车辆控制模块，其特征是包括以下步骤：

步骤1)计算单元根据最短距离ρ_ob和当前速度v来计算斥力场并将斥力场U连同当前速度v一并发送给决策单元，η为斥力场系数，d₀为道路交通安全法中规定的同车道行驶的车辆后车应与前车保持的最小安全距离，k是速度系数；

步骤2)计算单元根据式a_s＝F_f/m计算出最大横向安全加速度a_s，并将其连同当前速度v一并发送给速度规划模块，F_f为智能车辆受到的摩擦力；

步骤3)决策单元根据斥力场U、当前车速v以及障碍物信息O_i进行宏观决策，当智能车辆处于前方障碍车辆的斥力场U范围之外时，决策结果为直行，当智能车辆处于前方障碍车辆的斥力场U范围之内时，决策为换道；

步骤4)当动作指令e为换道时，路径规划模块首先计算预瞄距离L_kv，确定预瞄点坐标P_r(x_r,y_r)，规划出从智能车辆当前位置到预瞄点坐标P_r(x_r,y_r)的轨迹曲线，得到得轨迹曲线上的路径点坐标(x_i,y_i)；所述的预瞄距离v_c为智能车辆的最小换道速度，k为速度系数；所述的预瞄点坐标P_r(x_r,y_r)中的x_r＝ω_c、y_r＝L_kv，ω_c为智能车辆当前行驶车道的宽度；所述的轨迹曲线的方程为：y＝a₄x⁴+a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀，a₀,a₁,a₂,a₃,a₄为每项系数；

步骤5)速度规划模块根据式得到智能车辆在每一个路径点坐标(x_i,y_i)处的最大安全速度v(x_i)_max，κ(x_i)为轨迹曲线上每一位置点处的曲率；

步骤6)车辆控制模块根据规划好的路径点坐标(x_i,y_i)和最大安全速度v(x_i)_max控制智能车辆行驶在规划好的轨迹上。