[发明专利]一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法

权利要求书

1.一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：针对自动驾驶交叉口内部冲突区域空间建模；针对典型平面交叉口，首先将内部区域栅格化处理，划分为若干个小栅格，根据进口车道的宽度确定栅格的边长，在交叉口内部建立直角坐标系，并根据建立的直角坐标系确定每个栅格的边界方程，对每个栅格进行编号；

步骤2：确定交叉口内部的所有行驶路径；分别对进出口车道进行编号，在自动驾驶交叉口，不考虑交叉口进口车道的车道功能划分，即交叉口进口道不划分左转、直行和右转车道，车辆可以在任一进口道完成左转、直行或右转；根据各方向进口车道和出口车道的组合，确定交叉口内部的所有行驶路径并编号；在考虑车辆物理尺寸的条件下，确定每条路径的内、外边界方程，其中转弯路径的内、外边界方程用椭圆曲线刻画、直行路径的内、外边界方程用点斜式直线方程刻画；联立步骤1中确定的栅格边界方程，判断每个栅格是否在路径上；

步骤3：在自动驾驶车辆进入交叉口前，采集车辆信息，包括车辆数集合，用I表示；车辆i当前所在的进口方向，用o_i表示，其中i∈I，o∈O、进口车道l_i、出口方向d_i和出口车道L_i信息；

步骤4：以交叉口空间利用率最大和冲突最小加权为目标，建立车辆路径规划模型。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

步骤41：车辆只能选择一条路径通过交叉口，满足约束如公式(1)所示：

式中，Φ_i，r为0-1变量，表示车辆i是否通过路径r通过交叉口，当Φ_i，r＝1时，表示车辆i从路径r通过交叉口，当Φ_i，r＝0时，表示车辆i不从路径r通过交叉口；r表示路径，r∈R，R表示各方向所有路径集合；i表示车辆，I表示车辆数集合，i∈I。

优化路径后，车辆选择最佳进口道用l_i′表示，选择最佳出口道用L_i′表示，分别由公式(2)-(3)计算：

式中，A_r表示路径r对应的进口道编号，B_r表示路径r对应的出口道编号；

车辆优化路径后经过的栅格由公式(4)计算：

式中，σ_i，g为0-1变量，表示车辆i是否经过栅格g，当σ_i，g＝1表示车辆i经过栅格g，否则未经过；g表示栅格，g∈G，G表示所有栅格的集合；表示车辆i经过的栅格g是否在o进口方向、d出口方向的路径r上，为0-1变量，当时，表示车辆i经过在o进口方向、d出口方向路径r上的栅格g，否则o_i表示车辆i的进口方向，d_i表示车辆i的出口方向，o∈O，d∈D，O，D分别表示进口方向、出口方向集合；

由公式(5)计算I辆车中经过栅格g的车辆数：

式中，Ω_g表示所有车辆I中经过栅格g的车辆数；

步骤42：以每个栅格通过车辆数最小和所有车辆经过栅格数最大的加权和为目标函数；经过所有栅格的最大车辆数由公式(6)计算：

Ω＝max_g∈GΩ_g (6)

式中Ω表示所有栅格中的最大车辆数；

目标函数1，每个栅格通过车辆数最少，即保证尽可能少的车辆通过同一个栅格，能保证车辆在交叉口内部冲突最少，如公式(7)所示：

minmax_g∈GΩ_g (7)

目标函数2，所有车辆经过栅格数最多，能保证交叉口的空间利用率最大，如公式(8)所示：

max∑_i∈I∑_g∈Gσ_i，g (8)

其中目标函数1中包含max函数，为非线性约束，对其线性化处理，得到公式(9)-(10)：

minΩ (9)

通过引入权重系数将目标函数1和目标函数2合并，得到合并后的目标函数如公式(11)所示：

min(10·ω·Ω-(1-ω)·∑_i∈I∑_g∈Gσ_i，g) (11)

式中，ω为权重系数，0≤ω≤1，公式(11)中系数10为优先级系数；以每个栅格通过车辆数最小，能保证车辆在交叉口内部冲突最小；以所有车辆经过栅格数最大，能保证交叉口内部区域的空间利用率最大化。

3.根据权利要求1所述的一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法，其特征在于，所述典型平面交叉口，包括十字交叉口、T型交叉口或Y型交叉口。