基于状态空间采样的高速公路智能网联车辆轨迹动态规划

作     者：郭烈 王旭 胥林立 秦增科 GUO Lie;WANG Xu;XU Lin-li;QIN Zeng-ke

作者机构：大连理工大学汽车工程学院辽宁大连116024 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016 

基　　金：国家自然科学基金项目(51975089) 国家重点研发计划项目(2018YFE0197700) 辽宁省自然科学基金项目(2021-MS-127) 宁波市重大科技任务攻关项目(2022Z017) 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2022年第35卷第12期

页      码：253-267页

摘      要：为实现智能网联车辆在高速公路动态行车环境下的轨迹实时规划,提出一种基于状态空间采样的轨迹动态规划方法。首先,以安全性为原则选取主车当前行驶的理想车道。基于Frenet坐标与笛卡尔坐标的转换关系,建立车辆运动横、纵向解耦的独立积分系统。将高速公路常见的行驶状态分为车道保持与定速巡航、变道以及前车跟随3类,预测主车行驶车道并针对3类行驶状态分别设计轨迹终端的目标配置方法。然后,利用多项式函数生成连接初始配置和目标配置的多条待选轨迹。构建考虑轨迹偏离理想车道程度、始末速度变化、规划周期和轨迹舒适性的综合损失函数,结合速度、加速度、曲率检查来评价各条待选轨迹的成本并进行排序。最后,预测车辆的横、纵向运动轨迹并构建一种胶囊形的车辆虚拟安全边界,通过碰撞检测,确定主车的最优轨迹,设置动态规划触发条件及时更新最优轨迹并避免过度规划浪费资源。研究结果表明:提出的算法能满足高速公路场景的动态规划需求;通过对轨迹规划周期、虚拟安全边界、动态规划时间间隔等关键参数的分析与优化,主车的横摆角速度范围稳定在-0.1~0.15(°)·s^(-1),横向加速度范围稳定在-0.16~0.32 m·s^(-2),跟踪参考轨迹的最大误差不超过0.022 m,提出的算法能规划出具有高安全性、稳定性和舒适性的轨迹。

主 题 词：汽车工程 轨迹动态规划 状态空间采样 智能网联车辆 损失函数 碰撞检测 

学科分类：08[工学] 082304[082304] 080204[080204] 0802[工学-机械学] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.12.020

馆 藏 号：203115915...