[发明专利]基于Dubins曲线的多车队形切换方法

说明书

本发明涉及无人平台智能技术领域，公开一种基于Dubins曲线的多车队形切换方法。本发明提供了一种无人地面平台队形变换的方法；当车队接收到队形变换指令时，跟随车辆会根据自身状态及目标位置进行相应的轨迹规划；在得到初始的规划之后，根据得到的耗费时间，计算经过耗费时间后的新队形目标点；以此目标点为新的目标点进行重规划并迭代选取最接近耗费时间的轨迹从而得到最优轨迹；得到最优轨迹后再进行轨迹跟踪，当达到一定条件时进入队形保持阶段，最终完成变换过程。本发明以Dubsins曲线为基础进行迭代优化，每次最优计算后如果不满足条件会循环重新计算，最终得到最优轨迹，相比于此前的方案，其结果更加合理。

技术领域

本发明属于智能无人车领域，具体涉及一种基于Dubins曲线的多车队形切换方法。

背景技术

自人工智能交通被研究开始，随着智能汽车技术的发展，多智能车编队协同驾驶已逐渐成为近年来的热点之一。当前研究主要集中于多车编队控制研究，而对于队形变换的策略考虑较少，因此为适应未来交通的发展，有必要对队形变换的策略进行深一步的研究。

CN110262493A提出一种基于前车预瞄点及位置与速度等信息的队形变换方法，在收到变换的指令后根据队形形状进行计算几何位置，再根据几何位置预设参数，计算自车的目标速度和转角，进行变换，并且向其它车辆发送自车行驶状态，从而使下一车辆根据队形等信息进行队形变换，从而实现了队形变换。然而，有一些情况并未考虑：一方面，其并未考虑在变换过程中第一辆车即队形参考车辆的位置是变化的情况，可能导致跟随车辆按照此前目标点计算得到的预瞄点进行轨迹跟踪，队形变换时，随着参考车辆运动，目标点的变换，跟随车辆可能需要后退或进行其他操作，从而导致跟随车辆反复运动，在前进和后退或大转弯来回摆动的现象发生；另一方面其在变换后缺少队形保持的方法说明，整个系统有所欠缺，整个系统只有一套轨迹跟踪的执行方法，对队形的整体要求未加约束，其变换及控制效果有待改善，方法有待优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Dubins曲线的多车队形切换方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于Dubins曲线的多车队形切换方法，包括如下步骤：

步骤(1)：在接到变换指令后，车队系统根据几何约束计算目标点，系统应用车辆运动学模型和Dubins曲线在一定速度范围内进行规划，得到时间序列T_s，并得到最短的行驶时间T_c以及其轨迹队形的路径长度S_c和速度V_c；

步骤(2)：计算领航车辆行驶T_c内的平均速度V_L，以及行驶的路程长度S_L，最终位置；随后依据队形要求计算出跟随车辆的新目标点P_pre；

步骤(3)：根据步骤(2)得到的新目标点P_pre进行重规划并迭代选取最接近耗费时间的轨迹从而得到最优轨迹；

步骤(4)：根据步骤(3)得到的最优轨迹，进行轨迹跟踪，并且在运动过程中进行终止条件判断；

步骤(5)：达到判定的终止条件后，车队系统进入队形保持阶段。

进一步的，所述步骤(3)具体步骤如下：

步骤(3-1)：已知行驶时间T_c反算Dubins曲线，获得车辆从当前位置到新目标点P_pre的Dubins曲线长度S_pre和此时Dubins曲线的速度V_pre，最大转弯半径R；