无信控交叉口环境下考虑驾驶员误差的集中式轨迹规划

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.05.006

摘要/Abstract

摘要：

针对混合交通中人类驾驶汽车引起的碰撞隐患，提出一种考虑驾驶员误差的无信控交叉口集中式轨迹规划方法。首先，以最优控制框架设计了多车协同轨迹规划方法，以运动时间、燃油经济性和行车延误建立复合优化目标。其次，通过实车试验采集不同驾驶员的操作数据集，建立加速度误差的马尔科夫链误差转移概率矩阵。最后，基于车辆碰撞估计结果对可能发生事故情况进行重规划计算，并在不同自动驾驶市场渗透率工况下进行仿真验证。仿真结果表明，碰撞发生率和平均重规划次数与渗透率负相关。采用重规划方法后交叉口内的规划成功率可达90%以上，且燃油经济性等交通指标得到改善。

关键词: 混合交通, 驾驶员误差, 无信控交叉口, 轨迹规划

Abstract:

For the hidden collision risk caused by human driving vehicles （HDV） in mixed traffic， a centralized trajectory planning method for an unsignalized intersection considering driver error is proposed. Firstly， a multi-vehicle cooperative trajectory planning method is designed based on the optimal control framework， with the composite optimization objectives established based on motion time， fuel economy and driving delay. Secondly， the operating data sets of different drivers are collected through the real vehicle driving tests， then the Markov chain error transition matrix of acceleration error is established. Finally， the replanning of possible accident situation is calculated based on the results of vehicle collision estimation， and the simulation verification is carried out under different market penetration rate （MPR） conditions of autonomous vehicles. The simulation results show that the incidence of traffic collision and the average number of replanning are negatively correlated with the MPR. Moreover， the success rate of the planning at the intersection by the re-planning method can reach over 90%， with the fuel economy and other traffic indicators improved.

Key words: mixed traffic, driver error, unsignalized intersection, trajectory planning

钱立军,陈晨,陈健. 无信控交叉口环境下考虑驾驶员误差的集中式轨迹规划[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 768-776.

Lijun Qian,Chen Chen,Jian Chen. Centralized Trajectory Planning in an Unsignalized Intersection Environment Considering Driver Error[J]. Automotive Engineering, 2023, 45(5): 768-776.

图/表 14

图1

图2

图3

图4

表1

车辆及环境参数"

变量解释	变量符号	取值
权重系数	$ε 1$	0.537
权重系数	$ε 2$	0.298
权重系数	$ε 3$	0.165
交叉口控制范围/m	$R$	100
车道宽度/m	$r$	3.5
车辆轴距/m	$l w$	2.72
车辆宽度/m	$l b$	1.85
前悬长/m	$l f$	1.02
后悬长/m	$l r$	0.98
安全跟车间距/m	$d s a f e$	5
估计时长/s	$t s$	3

表1

图5

表2

车辆初始分布状态及种类"

编号	初始位置/m	种类	所处车道
1	$x = - 33.37$	CAV	车道4
2	$y = 34.55$	HDV	车道3
3	$y = - 37.69$	CAV	车道1
4	$x = 41.66$	CAV	车道2
5	$x = - 52.44$	HDV	车道4
6	$y = - 56.13$	CAV	车道1
7	$y = 59.79$	HDV	车道3
8	$x = 62.32$	HDV	车道2
9	$x = - 74.37$	CAV	车道4
10	$y = - 78.92$	HDV	车道1

表2

图6

图7

图8

表3

图9

图10

图11

参考文献 19

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渗透率/%	成功率/%	渗透率/%	成功率/%
0	90.09	50	96.62
10	91.32	60	97.56
20	91.74	70	98.52
30	93.46	80	99.01
40	95.24	90	99.50

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