基于车车通信技术的自动换道算法研究与仿真

王乐 王文格 彭景阳 胡小双 郭恒宇

410082） （湖南大学，长沙

【摘要】针对自动驾驶中的自动换道问题，提出了并行换道轨迹规划方法，增加换道可能性的同时提升了换道轨迹合理性，提出了碰撞检测与并行轨迹重规划方法，保障了换道过程的安全性，对滑模轨迹跟踪算法进行改进，并搭建 CarSim、Prescan 和MATLAB联合仿真平台进行仿真，验证了所提出方法的有效性。主题词：自动换道 轨迹规划 轨迹跟踪 滑模控制U461 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20190061中图分类号： 文献标识码： DOI:

Research and Simulation of Automatic Lane Change Algorithm Based on Vehicle-Vehicle Communication Technology

Wang Le, Wang Wen’ge, Peng Jingyang, Hu Xiaoshuang, Guo Hengyu Hunan University, Changsha 410082） （ Abstract For the automatic lane change in automatic driving, this paper proposes a parallel lane change trajectory【 】planning method to increase the possibility of lane change and improve the rationality of lane change trajectory. A collision detection and parallel trajectory re- planning method are proposed to ensure safety of the lane change process. The sliding mode trajectory tracking algorithm is improved, and the joint simulation platform of CarSim, Prescan and MATLAB is built to verify the effectiveness of the proposed method. Key words: Automatic lane change, Trajectory planning, Trajectory tracking, Sliding mode control

1 前言

自动驾驶技术能够提高车辆的安全性和交通效率[1]，自动驾驶车辆的车道跟踪与换道方面均有较多研究成果[2- 3]。换道导致的事故占美国所有交通事故

4%~10%， 10%

的比例约为 同时造成了 的交通延迟[4]，所以对自动驾驶车辆换道的研究具有重要意义。

You

等人采用六次多项式进行纵向轨迹规划避开前方障碍车辆，通过车车通信技术获得更加准确的环境

Yang

信息[5]。 等人采用与时间无关的多项式方程表征车道变换轨迹曲线，可避免现有模型对速度和加速度的

Luo

不切实际的假设[6]。 等人将车道变换轨迹描述为参

Non- Linear数化五次多项式，通过求解非线性规划（

Programming，NLP）

问题计算多项式参数[3]。张荣辉等人使用六次多项式进行纵向轨迹规划[7]。在轨迹跟踪方

Backsteppin[面，用于移动机器人的 8]在自动驾驶车辆的

Backstepping轨迹跟踪中得到了应用[9]。叶涛等人在 的

Farnaz基础上设计了滑模控制方法进行轨迹跟踪[3,10]， 等人[11]、姜立标等人[12]分别采用反馈误差学习的方法和新的趋近律对其进行了改进。

目前，自动驾驶车辆的换道研究主要集中于轨迹规划与轨迹跟踪，且存在以下不足：大多数研究仅考虑起始车道前方车辆或典型换道场景，考虑因素较少；多数研究只在换道开始时考虑避撞安全需求；轨迹跟踪中滑模跟踪算法适应性较差。

本文基于车车通信技术，考虑新的换道场景，提出并行换道轨迹规划方法。针对换道过程中的碰撞安全问题，提出碰撞检测与并行轨迹重规划方法，并改进滑模轨迹跟踪算法，提高其适用性。

2 自动换道整体策略

1 M

典型的向左加速换道场景如图 所示，其中 为