基于驾驶员操纵舒适性的车辆变道转向辅助方法

技术领域

本发明涉及车辆自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法。

背景技术

随着当前汽车自动驾驶技术的发展，如何有效提高车辆自动驾驶的安全性与舒适性成为智能汽车行业发展的重点和难点之一。在智能汽车自动驾驶中如何能够安全、平稳的获得一条合理的变道路径对自动驾驶具有重大意义。智能汽车的主动变道行为主要分为变道行为决策、轨迹规划和运动控制。其中，变道行为决策是当车辆产生变道意图以后判断当前车辆状态是否能进行变道，以及向左还是向右变道的方法，轨迹规划部分是为车辆变道转向提供一条参考轨迹，而运动控制主要分为横向控制与纵向控制两个方面。横向控制的目的是保证车辆能够稳定、安全的跟随期望路径行驶，而纵向控制的目的是保证车辆跟随期望速度或者期望距离。在复杂的交通环境中，实现安全、平稳的变道是智能车辆最重要的驾驶操作之一。由于汽车本身的特性，对其进行精确的运动控制也是自动驾驶的关键所在。因此，研究智能车辆的变道行为对推动自动驾驶技术应用化落地具有重要的意义。

为解决现有的技术问题，申请号CN202310168828.7的中国专利，公开了“一种车辆避障轨迹规划方法、系统、车辆及存储介质”，论述了一种通过获取车辆定位信息，以及车辆周边障碍物定位信息，通过撒点采样通过动态规划规划出目标点，再经平滑算法得到轨迹点集，再对轨迹点进行拟合得到轨迹方程的方法，但该方法只能对固定的障碍物进行检测，运动中的车辆该方法就很难对其进行准确地定位。

申请号为CN202310033023.1的中国专利，公开了“一种考虑周边车辆的智能汽车换道转向决策与轨迹规划方法、系统”，论述了通过构建总的成本代价函数，通过对当前车道满意度，相邻车道满意度、相邻车道换道的可行性及其换道过程的安全性，构建总成本函数，该方法在换道过程主要考虑当前车辆与周身车辆的车辆信息，并没有详细的考虑驾驶员在换道过程中的舒适性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法，该方法在车辆变道转向过程中，即考虑驾驶员舒适性、也考虑变道效率，从而有效提高车辆换道变道转向过程中变道转向的准确性、安全性、舒适性、高效性。

本发明是通过以下技术手段实现上述目的：

一种基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法，包括以下步骤：

(1)获取当前车辆的定位信息，将其作为原点构建坐标系；获取当前车辆及周边车辆定位信息，并获取高精度地图中的车道线及其中心线的坐标点信息。

(2)当前车辆产生变道转向意图后，为避免车辆发生碰撞，构建当前车辆与周身车辆不发生碰撞的最小安全距离；周身车辆，是指当前车辆车身周围的其他车辆；

车辆在行驶过程中，当驾驶员产生变道转向意图后，为避免在车辆变道转向过程中与周身车辆造成碰撞，通过距离、速度、加速度构建不发生碰撞的最小安全距离：

假设当前车辆X1与同一车道前方车辆X3之间的车距为S

其中，v

在变更车道过程中不与目标车道前车X3车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行；

设假设当前车辆X1与目标车道前方车辆X2之间的纵向车距为S

在向左变更车道过程中不与目标车道前方X2车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行；

假设当前车辆X1与目标车道后方车辆X4之间的纵向车距为S

在向左变更车道过程中不与目标车道后方X4车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行；

车辆进行右变道过程与左变道的过程只是方向不同其他相同，假设当前车辆X1与目标车道前方车辆X5之间的纵向车距为S

在向右变更车道过程中不与目标车道前车X5车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

假设当前车辆X1与目标车道后方车辆X6之间的纵向车距为S

在向右变更车道过程中不与目标车道后车X6车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

(3)通过构造风险评价函数，判断当前车辆状况是否适合变道转向，即当前车辆变道转向可行的条件，确保在车辆进行变道转向过程中不会与周身车辆发生追尾、碰撞，在满足变道转向空间需求的前提下，同时车辆也不会发生失稳、侧滑危险状况。

当驾驶员变道转向意图产生之后，通过一个决策判断目前车辆行驶状态是否满足变道转向条件，以及进行左变道转向还是右变道转向。

构建左变道转向的风险评价函数：

构建右变道转向的风险评价函数：

T

计算左右变道转向风险系数

其中，k

通过决策1可以判断当前车辆是否满足变道转向条件，以及车辆在当前行驶状态更加适合左变道转向还是右变道转向。

决策

决策

(4)在满足变道转向条件的前提下，构建侧向加速度模型，考虑驾驶员在车辆变道转向过程中的操纵舒适性。

建立侧向加速度模型：

式中：a

y——车辆变道转向轨迹曲线；

v——车辆行驶速度，m/s。

变道转向过程中操纵舒适度评价标准：

当车辆在进行变道转向行驶时，由于离心力的作用，会产生侧向加速度。对于车内乘员而言，侧向加速度的大小直接影响了车辆变道过程当中驾驶的满意度。因此，我们可以通过分析侧向加速度来评估车辆变道转向过程当中的舒适性。

根据表1可知，当侧向加速度＜1.8时，驾驶员在变道转向过程中的舒适度为舒适。

(5)为保证变道转向轨迹的平滑性，且由于在变道转向过程中存在许多约束条件，因此采用五次多项式来进行轨迹规划。

各变道转向轨迹具有不同优缺点，结合实际车辆的运动过程，本发明最终选用五次多项式进行建模分析，

位置：

速度：

加速度：

其中，a

车辆行驶过程中，以变道转向开始时刻作为初试状态：

变道转向结束时刻：

其中v

在变道转向过程中只需要确定变道转向时间t即可以确定五次多项式的轨迹，为了满足变道转向过程中的其他各种要求，可以选取不同的变道转向时间t来生成五次多项式轨迹组，而后通过对轨迹组里的轨迹进行筛选，选择符合要求的变道转向轨迹。

在执行变道转向过程中构建一个轨迹优化函数，通过轨迹优化函数来优化所得到多条曲线，选取最适宜的轨迹曲线。

其中，ω

为了满足车辆行驶的安全性、驾驶员的舒适性、车辆变道转向效率为轨迹优化函数制定约束条件。轨迹优化模型为：

s.t.

通过轨迹优化模型，筛选最优的轨迹规划路线。

与现有技术相比，其突出的特点是：

基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法，通过计算车辆变道转向的一个风险，设计一个风险的评价函数，通过风险评价函数来进行判断当前车辆状态是否满足变道转向要求，同时在变道转向过程中考虑了车辆变道转向的效率和驾驶员的变道转向舒适性，采用五次多项式规车辆变道转向划轨迹簇，以车辆变道转向效率与驾驶员的舒适性作为两个参数，构建代价函数，通过不同的权重参数的选取，在生成的轨迹簇当中选取最优的规划轨迹，在整个变道转向过程当中，有效提高智能驾驶汽车变道转向的准确性、安全性、舒适性、高效性。

附图说明

图1是本发明的相关流程图。

图2是本发明的变道转向场景图。

图3是本发明的车辆碰撞情况图。

图4是本发明的轨迹规划路线图。

图5是本发明的轨迹规划横向速度与时间图。

图6是本发明的轨迹规划横向加速度与时间图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

以下结合图1-图6，对本发明的具体实施例进行详细描述。

一种基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法，包括以下步骤：

(1)获取当前车辆的定位信息，将其作为原点构建坐标系；

获取当前车辆及周边车辆定位信息，并获取高精度地图中的车道线及其中心线的坐标点信息。

(2)当前车辆产生变道转向意图后，为避免车辆发生碰撞，构建当前车辆与周身车辆不发生碰撞的最小安全距离；周身车辆，是指当前车辆车身周围的其他车辆；

车辆在行驶过程中，当驾驶员产生变道转向意图后，为避免在车辆变道转向过程中与周身车辆造成碰撞，通过距离、速度、加速度构建不发生碰撞的最小安全距离：

假设当前车辆X1与同一车道前方车辆之间的车距为S

其中，MSS代表最小安全距离，v

在向左变更车道过程中不与目标车道前车X3车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

设当前车辆X1与目标车道前方车辆X2两车辆经过时间t

在向左变更车道过程中不与目标车道前方X2车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行；

假设当前车辆X1与目标车道后方车辆X4经过时间t

在向左变更车道过程中不与目标车道后方X4车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

车辆进行右变道转向过程与左变道转向的过程只是方向不同其他相同，假设当前车辆X1与目标车道前方车辆X5经过时间t

在向右变更车道过程中不与目标车道前车X5车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

假设当前车辆X1与目标车道后方车辆X6经过时间t

在向右变更车道过程中不与目标车道后车X6车辆发生碰撞需要满足的最小要求：

S

其中，v

只有当两车辆的初始距离超过最小安全距离，才能确保车道变更过程的顺利进行。

(3)通过构造风险评价函数，判断当前车辆状况是否适合变道转向，即当前车辆变道转向可行的条件，确保在车辆进行变道转向过程中不会与周身车辆发生追尾、碰撞，在满足变道转向空间需求的前提下，同时车辆也不会发生失稳、侧滑危险状况。

当驾驶员变道转向意图产生之后，通过一个决策判断目前车辆行驶状态是否满足变道转向条件，以及进行左变道转向还是右变道转向。

构建左变道转向的风险评价函数：

构建右变道转向的风险评价函数：

T

计算左右变道转向风险系数

其中，k

通过决策1可以判断当前车辆是否满足变道转向条件，以及车辆在当前行驶状态更加适合左变道转向还是右变道转向。只有满足当前条件，才可以避免在变道转向过程中发生碰撞，使变道转向操作可以正常完成。

当满足变道转向安全条件时，判断左右变道转向的风险，避免发生如图3车辆发生碰撞情况，从而判断车辆进行左变道转向还是右变道转向。

决策

决策

通过决策1以及决策2判断当前车辆的变道转向更适合左变道转向还是右变道转向。

(4)在满足变道转向条件的前提下，构建侧向加速度模型，考虑驾驶员在车辆变道转向过程中的操纵舒适性。

建立侧向加速度模型：

式中：a

y——车辆变道转向轨迹曲线；

v——车辆行驶速度，m/s。

变道转向过程中操纵舒适度评价标准：

当车辆在进行变道转向行驶时，由于离心力的作用，会产生侧向加速度；对于车内乘员而言，侧向加速度的大小直接影响了车辆变道过程当中驾驶的满意度；因此，我们可以通过分析侧向加速度来评估车辆变道转向过程当中的舒适性。

根据表1可知，当侧向加速度＜1.8时，驾驶员在变道转向过程中的舒适度为舒适。

(5)为保证变道转向轨迹的平滑性，且由于在变道转向过程中存在许多约束条件，因此采用五次多项式来进行轨迹规划。

各变道转向轨迹具有不同优缺点，结合实际车辆的运动过程，本发明最终选用五次多项式进行建模分析，

位置：

速度：

加速度：

其中，a

车辆行驶过程中，以变道转向开始时刻作为初试状态

变道转向结束时刻

其中v

在变道转向过程中只需要确定变道转向时间t即可以确定五次多项式的轨迹，为了满足变道转向过程中的其他各种要求，可以选取不同的变道转向时间t来生成五次多项式轨迹组，而后通过对轨迹组里的轨迹进行筛选，选择符合要求的变道转向轨迹。

在执行变道转向过程中构建一个轨迹优化函数，通过轨迹优化函数来优化所得到多条曲线，选取最适宜的轨迹曲线。

其中，ω

为了满足车辆行驶的安全性、驾驶员的舒适性、车辆变道转向效率为轨迹优化函数制定约束条件，轨迹优化模型为：

s.t.

通过轨迹优化模型，筛选最优的轨迹规划道路。

当车辆完成了车辆变道安全性模块、左右变道判别模块进行路线规划模块，通过当前车辆的速度，加速度，以及位置通过五次多项式进行路线规划，通过对得到的轨迹路线进行代价函数的筛选，为满足在变道转向过程中的驾驶员的舒适性要求，要求变道转向过程中的横向加速度要满足驾驶员的舒适性要求，如图6所示变道转向过程中驾驶员的横向加速度变化图，进行路线的跟踪。根据变道转向时间生成的不同的轨迹路线图如图4所示，变道转向过程中的横向速度，横向加速度变化如图5，图6所示。

仿真场景搭建及结果分析：

试验车辆产生变道意图引起车辆变道转向。场景如图2所示：双车道场景中当前车辆以10m/s的速度沿当前车道匀速行驶，车辆产生变道意图通过决策1与决策2进行判断当前车辆所处的周身车辆环境适合左变道转向，执行变道转向规划路线。

与现有技术相比，其突出的特点是：

基于驾驶员舒适性与变道效率的车辆变道转向辅助方法，同时考虑了车辆变道转向的效率和驾驶员的操纵舒适性，将车辆变道转向效率与驾驶员的舒适性作为两个参数，构建代价函数，在规划的路线中求的最优的规划路线，从而提高智能驾驶汽车变道转向的准确性、安全性、舒适性、高效性。