面向前车切入工况的智能驾驶汽车决策控制策略研究.pdfVIP

摘要

近年来，随着以人工智能、物联网为代表的科技革命兴起，汽车的智能化成

为汽车工业发展的主要方向，自动驾驶技术作为车辆智能化的代表，对提高驾驶

安全性有重要意义。但现有的自动驾驶技术研究中，面向城市快速环路场景前车

切入工况来开展自动驾驶决策、控制技术研究的很少，相关的主动避障研究仍有

不足。本文基于城市快速环路场景，研究前车切入工况下的智能驾驶汽车决策及

控制策略，以满足车辆在该场景遭遇前车切入工况时的安全避让需求。

为实现研究目标，首先对智能驾驶汽车中决策、控制模块的相关技术进行了

理论研究和仿真分析，并针对本文研究进行进一步总结，选定了后续研究中所使

用的理论技术；同时对研究所需的系统平台各组件进行了介绍，为后续正式开展

研究提供了技术基础及实践准备。

针对城市快速环路场景前车切入工况的避障需求，本文基于分层式有限状态

机法及动态规划理论提出并设计了一种双算法协同式行为决策系统，面向该场景

中典型切入工况实现了“任务-行为-动作”的递进式行为决策过程。该系统首先

通过改进的分层式有限状态机法搭建上层行为决策框架，对智能驾驶汽车的相关

行车任务进行划分，同时利用分层式有限状态机特点，设置子状态机对其中的切

入避让任务进行进一步细分，得到自车针对具体切入工况的最优避让行为；之后

基于动态规划理论，设置相应的评价函数，于Frenet坐标系中生成具体行为下的

粗略避让轨迹来指导车辆的行驶动作。

在此基础上，基于数值优化原理实现车辆局部避让的运动规划过程。根据不

同切入工况下选取的避让模式分别进行轨迹计算，通过目标函数及条件约束进行

求解，生成避让轨迹序列；之后利用插值拟合的方式对生成的轨迹进行优化，得

到符合车辆约束要求的避让轨迹。跟踪控制方面，将轨迹信息转换至直角坐标系

后，由PI控制算法及模型预测控制(MPC)算法基于控制误差分别满足轨迹的

纵向和横向控制需求。

通过仿真平台对典型工况进行仿真分析，验证策略的整体有效性。在测试工

况构建过程中，使用时间触发的场景构建机制，对相关车辆的运行状态分别进行

设定，保证了所设工况的必然触发性。在仿真验证过程中：工况一中被测车辆用

时6.6s完成对切入车辆的借道避让过程，且其横摆角最大变化量为0.13rad,借

道位移最大值为1.82m;工况二中被测车辆用时3.9s完成对切入车辆的减速避让

过程，且整个切入过程中两车的最短距离为8.52m.两种典型切入工况均能够很

好的按照预设策略完成对切入车辆的避让，验证了所提策略的有效性。

关键词：城市快速环路，智能驾驶，切入工况，策略开发，联合仿真

ABSTRACT

Inrecentyears,withtheriseofthetechnologicalrevolutionrepresentedby

artificialintelligenceandtheInternetofThings,theintelligenceofautomobileshas

becomethemaindirectionofthedevelopmentoftheautomotiveindustry,and

autonomousdrivingtechnology,asarepresentativeofvehicleintelligence,isofgreat

significancetoimprovingdrivingsafety.However,intheexistingresearchon

autonomousdrivingtechnology,thereislittleresearchonautonomousdrivingdecision-

makingandcontroltechnologyforthefrontvehiclecut-inconditionsinurbanfastring

roadscenarios,andtherelatedactiveobstacleavoi