[发明专利]一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法

说明书

本发明公开了一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法，属于智能交通与交通规划领域。针对典型平面交叉口，首先，对交叉口内部冲突区域空间栅格化处理；其次，在不考虑交叉口进口车道的车道功能划分的情况下，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；再次，确定每条路径经过的栅格；采集车辆状态信息，以交叉口空间利用率最大和冲突最小加权和为目标，建立自动驾驶车辆路径规划模型，本方法不优化车辆进入交叉口的时刻，仅根据车辆所在位置和转向，规划车辆在交叉口内部的最佳行驶路径，本方法的目标不是消除所有冲突，而是通过规划路径尽可能降低车辆在交叉口内部冲突同时提高交叉口的空间利用率。

技术领域

本发明属于智能交通与交通规划领域，涉及自动驾驶交叉口路径规划领域，更具体地说，涉及一种自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划方法。

背景技术

自动驾驶技术为交通控制提供了新的机遇，在自动驾驶环境下，交叉口可以摒弃现有的信号灯控制方式，通过自动驾驶车辆间相互通信、协作通过交叉口。但当有多辆车同时协作通行时，车辆需要实时感知周围所有潜在冲突的车辆，进行冲突避让。这种实时感知和控制会极大增加车辆控制中心的计算负荷，需要强大的算力才能实现，如何在车辆在进入交叉口前，通过规划在交叉口内部的行驶路径，减少车辆之间的冲突，从而减少自动驾驶车辆控制系统的计算负荷，是亟待解决的问题。

现有针对自动驾驶交叉口管理的研究，根据是否考虑车辆实际大小可分为两类，一类是不考虑车辆大小，将车辆质点化处理。如论文《Erasing Lane Changes from Roads:A Design of Future Road Intersections》将车辆质点化处理后，提出全转向车道(All-Direction Turn Lanes,ADTL)的概念，论文《Development and Evaluation of aCooperative Vehicle Intersection Control Algorithm Under the ConnectedVehicles Environment》以所有轨迹重叠最小为目标，建立了一种协作车辆交叉控制(Cooperative Vehicle Intersection Control,CVIC)系统，但该系统中进口道划分车道功能。将车辆质点化处理的控制方法能为交叉口控制提供理论指导，但不能直接应用于实际。

另一类是将交叉口栅格化处理，考虑车辆大小。论文《A Multiagent Approach toAutonomous Intersection Management》较早提出将交叉口栅格化处理，但交叉口未采用全转向车道，各进口道仍然划分车道功能。之后将交叉口栅格化处理的研究较多，如《Cooperative intersection management:A survey》，但大多研究重点考虑车辆在交叉口的通行次序，主要是通过调整车辆进入时间规避在交叉口内部的冲突，如先到先服务(First Come First Served,FCFS)，全局优化(Global Optimum GO)和车辆编队(platoon-based method)等。缺乏直接针对栅格化处理交叉口的车辆路径规划研究。

现有大量研究表明，在全自动驾驶环境下，无信号控制的自动驾驶交叉口，自动驾驶车辆相互穿插通行的效率更高。无信号控制条件下，主要通过将交叉口冲突空间离散化和基于冲突点两种方法规避冲突。在冲突空间离散化方法中，主要通过控制车辆进入交叉口的时间，使得车辆通过每个网格的时间不重合，确保行车安全，即使优化车辆在交叉口内部的行驶路径，也是以车辆通过网格时间不重合为目标。本发明不考虑控制车辆进入交叉口的时间，仅通过规划车辆在交叉口内部的行驶路径，实现每辆车通过交叉口路径重叠最少且交叉口空间利用率最大的目标，以尽可能降低交叉口内部冲突同时提高交叉口通行效率。路径重叠最小以每个网格上通过的车辆数最小量化，空间利用率最大以车辆通过所有网格数最大量化。

发明内容