[发明专利]一种智能驾驶换道避障轨迹规划、跟踪控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种智能驾驶换道避障轨迹规划、跟踪控制方法及系统，环境感知模块采集道路信息、障碍物状态信息以及本车行驶状态信息，候选参考轨迹生成模块根据环境感知模块采集的道路信息生成多条候选换道参考轨迹，参考轨迹选取模块接收候选参考轨迹生成模块发送的候选换道参考轨迹并对候选换道参考轨迹进行筛选，选取出最优换道参考轨迹，参考轨迹优化模块接受环境感知模块发送的本车行驶状态信息、障碍物状态信息和参考轨迹选取模块选取的最优换道参考轨迹，根据本车状态和障碍物状态对最优换道参考轨迹进行实时优化调整，轨迹跟踪控制模块接收参考轨迹优化模块发送的优化后的最优轨迹并对车辆进行轨迹跟踪控制。本发明可以有效提高换道轨迹规划的实时性、舒适性与安全性，同时提高轨迹跟踪精度。

技术领域

本发明属于智能驾驶控制技术领域，尤其涉及智能驾驶换道避障轨迹规划与跟踪控制系统及控制方法。

背景技术

随着我国国民经济与汽车工业的快速发展，汽车保有量逐年增加，与此同时交通事故和交通拥堵等问题日益严重，智能驾驶可以有效缓解交通拥堵和减少交通事故，已成为汽车行业的研究热点和发展动力。主动换道避障是智能驾驶的功能之一，研究主动换道避障规划与控制的关键技术，对于提高车辆行驶中的避障能力、通行能力以及车辆的智能化水平具有重要的意义。

针对主动换道避障控制的核心部分换道轨迹规划的研究，当前以离散采样和搜索类的算法为代表，但仍存在一些问题，对于离散采样类的算法，在障碍物的检测以及约束条件的判定上存在实时性较差的问题，且生成的轨迹并非最优；对于搜索类的算法，尽管可以搜索出最优轨迹，但在高维状态空间中算法需要处理大量网格，存在效率较低的问题。

在换道轨迹规划后需要进行车辆轨迹跟踪控制，结合国内外研究发现，当前跟踪控制主要存在的问题在于，由于真实车辆结构较为复杂，而设计控制器时所使用的参考车辆模型都进行了简化，虽然一定程度上提高控制器的计算实时性，但当车辆处于横、纵向加速度较大时，车辆部分状态不能够满足假设条件，因此导致跟踪精度降低，无法满足控制要求。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种智能驾驶换道避障轨迹规划、跟踪控制方法及系统，能够有效兼顾换道轨迹规划时的实时性、舒适性与安全性，同时可以提高在车辆纵侧向加速度较大时的轨迹跟踪精度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种智能驾驶换道避障轨迹规划方法，包括如下步骤：

S1、采集道路信息、障碍物状态信息以及本车行驶状态信息；

S2、基于所采集的道路信息，分别对车辆完成换道所行驶的纵向位移和完成换道所需时间进行离散化，通过五次多项式生成候选换道参考轨迹；

S3、对S2中生成的候选换道参考轨迹进行初步筛选，对满足筛选条件的候选换道参考轨迹再进行评价选取，得到最优参考轨迹；

S4、通过二次规划对最优参考轨迹进行实时优化调整，得出最终换道轨迹。

进一步，S2中生成候选换道参考轨迹的方法为：

S2.1、将车辆完成换道所行驶的纵向位移和完成换道所需时间分别进行离散化，表示为：

其中，X_mf为纵向位移X_f的第m个采样点，X_sf为车辆完成换道所需最短纵向位移，X_ef为车辆完成换道所需最大纵向位移；N₁为采样点个数；t_nf为换道所需时间t_f的第n个采样点，t_sf为完成换道所需最短时间，t_ef为完成换道所需最长时间；N₂为采样点个数；