CN117022280A - 一种车辆换道轨迹规划方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种车辆换道轨迹规划方法、装置、设备及介质。其中，该方法包括：获取目标车辆的参考换道轨迹方程；确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，第一约束条件为目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，第二约束条件为目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。本技术方案，能够基于边界约束条件和横向稳定性约束条件实现车辆换道轨迹规划，在确保车辆换道准确性的同时提高了车辆换道的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆换道轨迹规划方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着自动驾驶技术的发展，车辆轨迹规划成为其中重要的一环。目前，比较主流的轨迹规划算法包括图谱法、人工势场法、神经网络算法、遗传算法、粒子群算法、多项式曲线拟合算法等。其中，多项式曲线拟合算法具有较强的实时性，对控制器芯片算力要求较低，且能够通过施加约束的方法解决不同换道需求下的轨迹规划问题，因而应用广泛。
然而，现有针对基于多项式曲线的轨迹规划算法的研究，没有在自动驾驶技术的轨迹规划层面考虑到车辆换道过程中的横向稳定性需求，进而可能导致车辆在换道过程中发生横摆失稳，从而引发安全问题。
发明内容
本发明提供了一种车辆换道轨迹规划方法、装置、设备及介质，能够基于边界约束条件和横向稳定性约束条件实现车辆换道轨迹规划，在确保车辆换道准确性的同时提高了车辆换道的安全性。
根据本发明的一方面，提供了一种车辆换道轨迹规划方法，所述方法包括：
获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，所述参考换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；
确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据所述第一约束条件对所述参考换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，所述第一约束条件为所述目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；
确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，所述第二约束条件为所述目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆换道轨迹规划装置，包括：
参考换道轨迹方程获取模块，用于获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，所述参考换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；
候选换道轨迹方程确定模块，用于确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据所述第一约束条件对所述参考换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，所述第一约束条件为所述目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；
目标换道轨迹方程确定模块，用于确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，所述第二约束条件为所述目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的车辆换道轨迹规划方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的车辆换道轨迹规划方法。
本发明实施例的技术方案，获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，参考换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，第一约束条件为目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，第二约束条件为目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。本技术方案，能够基于边界约束条件和横向稳定性约束条件实现车辆换道轨迹规划，在确保车辆换道准确性的同时提高了车辆换道的安全性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例一提供的一种车辆换道轨迹规划方法的流程图；
图2A是根据本发明实施例一提供的一种目标换道轨迹方程的示意图；
图2B是根据本发明实施例一提供的另一种目标换道轨迹方程的示意图；
图2C是根据本发明实施例一提供的又一种目标换道轨迹方程的示意图；
图3是根据本发明实施例二提供的一种车辆换道轨迹规划方法的流程图；
图4是根据本发明实施例三提供的一种车辆换道轨迹规划装置的结构示意图；
图5是实现本发明实施例的一种车辆换道轨迹规划方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种车辆换道轨迹规划方法的流程图，本实施例可适用于对车辆换道轨迹进行安全准确规划的情况，该方法可以由车辆换道轨迹规划装置来执行，该车辆换道轨迹规划装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该车辆换道轨迹规划装置可配置于具有数据处理能力的电子设备中。如图1所示，该方法包括：
S110，获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，参考换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系。
本实施例中，首先需要获取目标车辆的参考换道轨迹方程。示例性的，可以采用多项式的形式(如五次多项式)来表达参考换道轨迹方程。例如，参考换道轨迹方程可以表示为y(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5，其中，y为目标车辆的横向位移，x为目标车辆的纵向位移，ai(i＝0,1,2,3,4,5)为待定系数(未知，待求解)。
确定参考换道轨迹方程的关键是求解待定系数ai，而待定系数ai可以通过对参考换道轨迹方程施加约束的方式进行求解。对自动驾驶车辆进行换道轨迹规划时，需要考虑换道轨迹的平滑性以及换道过程中的车辆横向动力学约束，因此可以从这两方面出发设定约束条件。
S120，确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，第一约束条件为目标车辆在换道起止位置的边界约束条件。
本实施例中，获取目标车辆的参考换道轨迹方程之后，需要确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，并根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程。其中，第一约束条件为目标车辆在换道起止位置的边界约束条件。可选的，第一约束条件包括位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件，可分别用于对目标车辆在换道起止位置的位移、航向角和横向加速度进行约束。
本实施例中，可选的，确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，包括：根据参考换道轨迹方程以及目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向位移确定位移约束条件；根据参考换道轨迹方程的一阶导数以及目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和航向角确定航向角约束条件；根据参考换道轨迹方程的二阶导数以及目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向加速度确定第一横向加速度约束条件。
本实施例中，对于参考换道轨迹方程y(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5，分别求取一阶导数和二阶导数为：
其中，为y的一阶导数，/>为y的二阶导数。
假设目标车辆在换道起始位置处的纵向位移和横向位移均为0，目标车辆在换道终止位置处的纵向位移和横向位移分别为xf和yf，由此可得到位移约束条件为：
由于目标车辆在换道开始之前以及换道完成之后的行驶状态均为朝车辆坐标系的x轴方向直线行驶，即换道轨迹起止位置的车辆航向角为0，其表达式为：其中，/>和/>分别表示目标车辆在换道起止位置的车辆航向角，车辆坐标系的x轴为车辆行驶正前方(即车头朝向方向)。由此可得到航向角约束条件为：/>
为了防止目标车辆在换道开始和换道完成时的横向加速度发生突变，提高换道过程中的横向稳定性，应当保证换道轨迹起止位置的车辆横向加速度为0，由此可得到第一横向加速度约束条件为：
确定位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件之后，可以将这三个约束条件分别代入到y(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5、和/>中，由此得到：其中，/>a3，4，5＝[a3 a4 a5]T，b＝[yf 0 0]T。进一步可求解得到/>将/>代入到y(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5中，可以得到目标车辆的候选换道轨迹方程为：
本方案通过这样的设置，能够基于位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解，从而实现对目标车辆在换道起止位置的边界约束。
S130，确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，第二约束条件为目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
本实施例中，得到目标车辆的候选换道轨迹方程之后，需要进一步确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，并根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程。其中，第二约束条件为目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。可选的，第二约束条件包括质心侧偏角约束条件，可以用于对目标车辆在换道过程中的质心侧偏角进行约束。
本实施例中，可选的，确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，包括：根据候选换道轨迹方程确定转化换道轨迹方程；其中，转化换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系；根据转化换道轨迹方程的一阶导数确定目标车辆在换道过程中的最大横向车速；根据目标车辆在换道过程中的最大横向车速和纵向车速，确定目标车辆在换道过程中的第一最大质心侧偏角；其中，纵向车速在换道过程中保持不变；根据目标车辆的车辆属性信息确定最大质心侧偏角与路面附着系数的对应关系，根据对应关系确定目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角；根据第一最大质心侧偏角和第二最大质心侧偏角确定质心侧偏角约束条件。
本实施例中，在确定候选换道轨迹方程质心侧偏角约束条件时，首先将候选换道轨迹方程改写成转化换道轨迹方程。其中，转化换道轨迹方程可以用于表征目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系。具体的，假设目标车辆在换道过程中的纵向车速保持不变，可以将x和xf用自变量为t的函数表示为：其中，vx为车辆纵向车速，t为换道时间(自变量)，tf为目标车辆完成换道所需时间。将/>代入到候选换道轨迹方程中，可以得到转化换道轨迹方程为：由转化换道轨迹方程可以看出，车辆换道轨迹仅由yf和tf两个参数决定。其中，目标车辆在换道终止位置处的横向位移yf可以根据实际需求设定，例如可将yf设定为标准车道宽度3.5m。而目标车辆完成换道所需时间tf需要根据第二约束条件进一步确定。
具体的，目标车辆在换道过程中的质心侧偏角表示为：其中，vx为车辆纵向车速，假设在换道过程中保持不变；vy(t)为目标车辆在换道过程中的横向车速。对/>求取一阶导数可得目标车辆在换道过程中的横向车速为：/>再求取一阶导数可得：令/>可求解出极值点为/>将/>代入到中，可以得到目标车辆在换道过程中的最大横向车速为：/>由上式可知，目标车辆在换道过程中的质心侧偏角β(t)随着横向车速vy(t)的增大而增大。因此，可以将目标车辆在换道过程中的第一最大质心侧偏角表示如下：/>
需要说明的是，车辆最大质心侧偏角与路面附着系数有关，不同路面附着条件下的最大质心侧偏角可以通过仿真或者试验的方法获得。在确定第一最大质心侧偏角之后，可以根据目标车辆的车辆属性信息确定最大质心侧偏角与路面附着系数的对应关系，然后根据对应关系确定目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角。其中，车辆属性信息可以包括车辆的尺寸信息和车型信息等。示例性的，以某国产豪华全尺寸SUV车型为例，其最大质心侧偏角与路面附着系数关系如下表1所示：
表1最大质心侧偏角与路面附着系数关系
| 路面附着系数 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 0.9 |
| 最大质心侧偏角 | 1.21° | 2.06° | 2.96° | 3.95° |
对表1中的数据进行三次多项式曲线拟合，可以确定目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角为：βmax(μ)＝0.8333μ3-0.625μ2+4.342μ-0.05875。其中，βmax(μ)为第二最大质心侧偏角，μ为路面附着系数。
进而可以根据第一最大质心侧偏角和第二最大质心侧偏角确定质心侧偏角约束条件。具体的，质心侧偏角约束条件可以表示为：β(t)max≤βmax(μ)。将β(t)max和βmax(μ)的表达式代入到β(t)max≤βmax(μ)中，可以得到质心侧偏角约束条件的表达式为：其中，tfβ为质心侧偏角约束下车辆完成换道所需时间。
本实施例中，可选的，第二约束条件还包括第二横向加速度约束条件；相应的，确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，还包括：根据转化换道轨迹方程的二阶导数确定目标车辆在换道过程中的第一最大横向加速度；根据目标车辆的目标换道紧急程度和目标路面附着系数，确定目标车辆在换道过程中的第二最大横向加速度；根据第一最大横向加速度和第二最大横向加速度确定第二横向加速度约束条件。
其中，第二横向加速度约束条件可以用于对目标车辆在换道过程中的横向加速度进行约束。目标换道紧急程度可用于表征目标车辆换道的紧急程度。其中，目标换道紧急程度ε的取值范围为0.1＜ε＜0.5，ε越大表示换道越紧急，ε越小表示换道越平缓。目标路面附着系数可以是指目标车辆所处的路面附着系数。
本实施例中，在确定候选换道轨迹方程的第二横向加速度约束条件时，首先根据转化换道轨迹方程的二阶导数(即目标车辆在换道过程中的横向车速的一阶导数)，可以将目标车辆在换道过程中的横向加速度表示为：对该式求取一阶倒数，可以得到：/>令/>可以求解出极值点为：/>将/>代入到/>中，可得到目标车辆在换道过程中的第一最大横向加速度为：/>在附着条件良好(μ＝0.8)的路面下，车辆在转向换道过程中的最大横向加速度应不超过0.4g，否则容易发生危险。本发明考虑换道过程的紧急程度，可以将目标车辆在换道过程中的第二最大横向加速度表示为：aymax＝εμg。进一步的，第二横向加速度约束条件可以表示为：|ay(t)max|≤aymax。将ay(t)max和aymax的表达式代入到|ay(t)max|≤aymax中，可以得到第二横向加速度约束条件的表达式为：/>其中，/>表示横向加速度约束下目标车辆完成换道所需时间。
本方案通过这样的设置，基于质心侧偏角约束条件和第二横向加速度约束条件，能够快速确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，以便于后续根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解。
本实施例中，在确定候选换道轨迹方程的第二约束条件之后，可以根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解，得到目标车辆的目标换道轨迹方程。可选的，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程，包括：根据质心侧偏角约束条件和第二横向加速度约束条件，确定目标车辆的目标换道时间；根据目标换道时间对转化换道轨迹方程进行参数求解，得到目标车辆的目标换道轨迹方程。
本实施例中，将目标车辆的目标换道时间确定为因此，在质心侧偏角约束条件和第二横向加速度约束条件已知的情况下，可得到目标换道时间。然后将目标换道时间代入到/>中，即可得到目标车辆的目标换道轨迹方程。需要说明的是，按照上述方式求解得到的目标换道轨迹方程可表征目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系。进一步的，可以将目标换道轨迹方程转化为目标车辆的横向位移与纵向距离之间的函数关系，两种函数关系均可以用于描述目标换道轨迹方程。
图2A为本发明实施例一提供的一种目标换道轨迹方程的示意图。其中，目标换道紧急程度为ε＝0.3，目标路面附着系数为μ＝0.8，目标车辆的纵向车速分别为vx＝30km/h、vx＝60km/h和vx＝90km/h。图2B为本发明实施例一提供的另一种目标换道轨迹方程的示意图。其中，目标换道紧急程度为ε＝0.3，目标车辆的纵向车速为vx＝60km/h，目标路面附着系数分别为μ＝0.4、μ＝0.6和μ＝0.8。图2C为本发明实施例一提供的又一种目标换道轨迹方程的示意图。其中，目标路面附着系数为μ＝0.8，目标车辆的纵向车速为vx＝60km/h，目标换道紧急程度分别为ε＝0.1、ε＝0.3和ε＝0.5。
本发明实施例的技术方案，获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，参考换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；确定参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，第一约束条件为目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；确定候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，第二约束条件为目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。本技术方案，能够基于边界约束条件和横向稳定性约束条件实现车辆换道轨迹规划，在确保车辆换道准确性的同时提高了车辆换道的安全性。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种车辆换道轨迹规划方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化。
如图3所示，本实施例的方法具体包括如下步骤：
S210，获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，参考换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系。
S220，确定参考换道轨迹方程的第一约束条件；其中，第一约束条件包括目标车辆在换道起止位置的位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件。
S230，根据第一约束条件对参考换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的候选换道轨迹方程。
S240，根据候选换道轨迹方程确定转化换道轨迹方程；其中，转化换道轨迹方程用于表征目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系。
S250，确定候选换道轨迹方程的第二约束条件；其中，第二约束条件包括目标车辆在换道过程中的质心侧偏角约束条件和第二横向加速度约束条件。
S260，根据第二约束条件对候选换道轨迹方程进行参数求解得到目标车辆的目标换道轨迹方程。
本实施例中，能够基于边界约束条件和横向稳定性约束条件实现车辆换道轨迹规划，在确保车辆换道准确性的同时提高了车辆换道的安全性。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的一种车辆换道轨迹规划装置的结构示意图，该装置可执行本发明任意实施例所提供的车辆换道轨迹规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图4所示，该装置包括：
参考换道轨迹方程获取模块310，用于获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，所述参考换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；
候选换道轨迹方程确定模块320，用于确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据所述第一约束条件对所述参考换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，所述第一约束条件为所述目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；
目标换道轨迹方程确定模块330，用于确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，所述第二约束条件为所述目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
可选的，所述第一约束条件包括位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件；
相应的，所述候选换道轨迹方程确定模块320，用于：
根据所述参考换道轨迹方程以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向位移确定所述位移约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的一阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和航向角确定所述航向角约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的二阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向加速度确定所述第一横向加速度约束条件。
可选的，所述第二约束条件包括质心侧偏角约束条件；
相应的，所述目标换道轨迹方程确定模块330，用于：
根据所述候选换道轨迹方程确定转化换道轨迹方程；其中，所述转化换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系；
根据所述转化换道轨迹方程的一阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速；
根据所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速和纵向车速，确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大质心侧偏角；其中，所述纵向车速在换道过程中保持不变；
根据所述目标车辆的车辆属性信息确定最大质心侧偏角与路面附着系数的对应关系，根据所述对应关系确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角；
根据所述第一最大质心侧偏角和所述第二最大质心侧偏角确定所述质心侧偏角约束条件。
可选的，所述第二约束条件还包括第二横向加速度约束条件；
相应的，所述目标换道轨迹方程确定模块330，还用于：
根据所述转化换道轨迹方程的二阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大横向加速度；
根据所述目标车辆的目标换道紧急程度和目标路面附着系数，确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大横向加速度；
根据所述第一最大横向加速度和所述第二最大横向加速度确定所述第二横向加速度约束条件。
可选的，所述目标换道轨迹方程确定模块330，还用于：
根据所述质心侧偏角约束条件和所述第二横向加速度约束条件，确定所述目标车辆的目标换道时间；
根据所述目标换道时间对所述转化换道轨迹方程进行参数求解，得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程。
本发明实施例所提供的一种车辆换道轨迹规划装置可执行本发明任意实施例所提供的一种车辆换道轨迹规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如车辆换道轨迹规划方法。
在一些实施例中，车辆换道轨迹规划方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的车辆换道轨迹规划方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行车辆换道轨迹规划方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (12)
1.一种车辆换道轨迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，所述参考换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；
确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据所述第一约束条件对所述参考换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，所述第一约束条件为所述目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；
确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，所述第二约束条件为所述目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一约束条件包括位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件；
相应的，确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，包括：
根据所述参考换道轨迹方程以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向位移确定所述位移约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的一阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和航向角确定所述航向角约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的二阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向加速度确定所述第一横向加速度约束条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二约束条件包括质心侧偏角约束条件；
相应的，确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，包括：
根据所述候选换道轨迹方程确定转化换道轨迹方程；其中，所述转化换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系；
根据所述转化换道轨迹方程的一阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速；
根据所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速和纵向车速，确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大质心侧偏角；其中，所述纵向车速在换道过程中保持不变；
根据所述目标车辆的车辆属性信息确定最大质心侧偏角与路面附着系数的对应关系，根据所述对应关系确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角；
根据所述第一最大质心侧偏角和所述第二最大质心侧偏角确定所述质心侧偏角约束条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二约束条件还包括第二横向加速度约束条件；
相应的，确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，还包括：
根据所述转化换道轨迹方程的二阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大横向加速度；
根据所述目标车辆的目标换道紧急程度和目标路面附着系数，确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大横向加速度；
根据所述第一最大横向加速度和所述第二最大横向加速度确定所述第二横向加速度约束条件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程，包括：
根据所述质心侧偏角约束条件和所述第二横向加速度约束条件，确定所述目标车辆的目标换道时间；
根据所述目标换道时间对所述转化换道轨迹方程进行参数求解，得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程。
6.一种车辆换道轨迹规划装置，其特征在于，所述装置包括：
参考换道轨迹方程获取模块，用于获取目标车辆的参考换道轨迹方程；其中，所述参考换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与纵向位移之间的函数关系；
候选换道轨迹方程确定模块，用于确定所述参考换道轨迹方程的第一约束条件，根据所述第一约束条件对所述参考换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的候选换道轨迹方程；其中，所述第一约束条件为所述目标车辆在换道起止位置的边界约束条件；
目标换道轨迹方程确定模块，用于确定所述候选换道轨迹方程的第二约束条件，根据所述第二约束条件对所述候选换道轨迹方程进行参数求解得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程；其中，所述第二约束条件为所述目标车辆在换道过程中的横向稳定性约束条件。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一约束条件包括位移约束条件、航向角约束条件和第一横向加速度约束条件；
相应的，所述候选换道轨迹方程确定模块，用于：
根据所述参考换道轨迹方程以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向位移确定所述位移约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的一阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和航向角确定所述航向角约束条件；
根据所述参考换道轨迹方程的二阶导数以及所述目标车辆在换道起止位置处的纵向位移和横向加速度确定所述第一横向加速度约束条件。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二约束条件包括质心侧偏角约束条件；
相应的，所述目标换道轨迹方程确定模块，用于：
根据所述候选换道轨迹方程确定转化换道轨迹方程；其中，所述转化换道轨迹方程用于表征所述目标车辆的横向位移与换道时间之间的函数关系；
根据所述转化换道轨迹方程的一阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速；
根据所述目标车辆在换道过程中的最大横向车速和纵向车速，确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大质心侧偏角；其中，所述纵向车速在换道过程中保持不变；
根据所述目标车辆的车辆属性信息确定最大质心侧偏角与路面附着系数的对应关系，根据所述对应关系确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大质心侧偏角；
根据所述第一最大质心侧偏角和所述第二最大质心侧偏角确定所述质心侧偏角约束条件。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二约束条件还包括第二横向加速度约束条件；
相应的，所述目标换道轨迹方程确定模块，还用于：
根据所述转化换道轨迹方程的二阶导数确定所述目标车辆在换道过程中的第一最大横向加速度；
根据所述目标车辆的目标换道紧急程度和目标路面附着系数，确定所述目标车辆在换道过程中的第二最大横向加速度；
根据所述第一最大横向加速度和所述第二最大横向加速度确定所述第二横向加速度约束条件。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述目标换道轨迹方程确定模块，还用于：
根据所述质心侧偏角约束条件和所述第二横向加速度约束条件，确定所述目标车辆的目标换道时间；
根据所述目标换道时间对所述转化换道轨迹方程进行参数求解，得到所述目标车辆的目标换道轨迹方程。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的车辆换道轨迹规划方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的车辆换道轨迹规划方法。
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