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专利号: 2019106436089
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:获取车辆自身与环境信息;

步骤2:通过分析车辆自身与环境信息,得到车辆当前所受虚拟势场力,建立改进后的车辆虚拟势场力模型;

步骤3:初始化蚁群算法的参数;

步骤4:路径规划初期,在蚁群算法中引入改进后的虚拟势场合力作为启发信息函数;

针对规划路径的路面附着系数和车辆行驶速度对路径选择的影响,引入权重系数,改进蚁群算法的转移概率函数,使其受到距离和改进虚拟势场合力的双重启发作用;降低改进后的蚁群算法用于路径搜索的迭代次数;

步骤5:随着路径规划的深入,信息素浓度和距离启发共同发挥作用;此时,逐渐降低改进势场合力的作用,使用改进的蚁群算法进行路径规划;

步骤6:按照步骤4和5所规划的路径由电子控制单元控制车速以及转向盘转角;

步骤7:当车辆沿规划路径接近障碍物并开始避障时,由电子控制单元将车速控制在

40km/h以内,远离障碍物时,车速恢复正常;

步骤8:单位时间之后,重复步骤1至7直到车辆到达安全地点。

2.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,步骤1中所述的环境信息包括:当前行驶道路前方障碍物信息;当前传感器检测盲区信息;当前交通信号灯信息;当前行驶道路侧向障碍物信息;目标点位置信息;所述的车辆自身信息包括:车辆速度、转向盘转角、车辆当前位置。

3.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,步骤2中所述的改进后的车辆虚拟势场力模型包括:(1)前方障碍物虚拟斥力模型:

式中,freject-front为前方车辆对后车的斥力系数;μroad为辨识的前方道路-轮胎附着力特性信息;vi(t)为智能车车速;β(t)为智能车质心偏转角度; 为智能车相对于前方障碍物的速度; 为智能车相对于前方障碍物的相对距离,为障碍物与车辆理论安全距离,Ssafe-front为智能车避免与前方障碍物碰撞所需的安全距离;

(2)检测盲区斥力模型:

式中,freject-blin为检测盲区对智能车的斥力系数; 是智能车相对于盲区的相对速度;Sm-s-o是其他车辆避免与智能车碰撞所需安全距离; 是智能车相对于盲区边界的相对距离;μroad为辨识的前方道路-轮胎附着力特性信息;Ds-blind为智能车与盲区边界理论安全距离;

(3)交通信号灯信号虚拟斥力模型:

式中,fr-light为交通信号灯对智能车的斥力系数;Mlight为交通信号灯信息,Mlight=1表示交通信号灯为红灯; 为智能车相对于交通信号灯的相对速度;Ssafe为智能车能够在停止线前能够停止的最小距离; 为智能车相对于交通信号灯的相对距离;μroad为辨识的前方道路-轮胎附着力特性信息;

(4)智能车侧向虚拟斥力模型:

式中,freject-y为侧向障碍物对智能车的斥力系数; 为智能车相对于侧向障碍物的相对速度;visinβ(t)为智能车车速在侧向上的分量;β(t)为智能车质心偏转角度; 为智能车左右两侧与最近物体的距离;μroad为辨识的前方道路-轮胎附着力特性信息;Ssafe-为智能车避免与侧向障碍物碰撞所需要的安全距离。

4.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,步骤3中,初始化蚁群算法相关参数包括:

基本蚁群算法转移概率函数为:

式中: 表示节点j信息素浓度;α为信息素浓度因子;β为启发信息因子;allowed k(t)表示除去已访问节点后下一步可以选择的节点; 表示节点m到节点n的距离启发信息函数;dmn表示节点m到节点n之间的距离。

蚂蚁完成一次循环,利用下式更新各路径的信息素浓度:τmn(t+δ)=(1-ρ)τmn(t)+Δτmn式中:ρ(0<ρ<1)表示信息素浓度挥发系数;Δτmn表示本次循环中路径(m,n)上信息素浓度增量;Δτmn表示第k只蚂蚁在本次循环留在路径(m,n)上的信息素浓度Q为信息素因子;

Lk为第k只蚂蚁搜索的路径长度。

5.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,步骤4的具体实现方法包括:

首先判断规划路径上的信息素浓度,若浓度低,则引入改进后的虚拟势场合力启发信息函数;引入权重系数,以考虑规划路径的路面附着系数和车辆行驶速度对路径选择的影响;

由半经验道路-轮胎数学模型可知:

μ代表路面附着系数;s是滑移率;c1,c2,c3是由实验得出的常量。

以车轮与路面接触点为原点,取四个方向(45°,135°,225°,315°)上的路面附着系数,估算出当前路面附着系数峰值为:式中,λ1、λ2、λ3、λ4表示权重系数,表示当前路面附着系数,μ1maxμ、2max、μ3max、μ4max表示接触点四个方向上车轮与路面接触点之间的峰值附着系数, 分别表示相邻路面的附着系数,以上参数满足下列关系:

对车辆行驶速度进行分级,判断避障路径规划过程是否行驶安全:其中

A:行驶过快;B:行驶正常;C:行驶缓慢。

6.根据权利要求5所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,所述步骤4中,蚁群算法的转移概率函数改进为:式中,dmn示节点m到节点n距离;dng示节点n到目标点距离; 表示从节点m到节点n车速的变化量; 表示距离启发信息函数; 表示改进势场合力启发信息函数;γ为启发信息因子;Kmax为最大迭代次数;k为当前迭代次数;a>1为常数;Ftotal表示势场合力;C1、C2表示权重系数;μmax代表最大路面附着系数;Lv表示车辆行驶速度等级;θ表示势场合力与可选路径方向的夹角,夹角越小, 越大,转移概率越大,越容易向着该路径方向移动。

7.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,所述步骤7中,路径规划过程中始终将转向盘转角控制在-23°~+23°内。

8.根据权利要求1所述的一种采用混合势场-蚁群算法的车辆路径规划方法,其特征在于,所述步骤7中,速度的控制模型为:

Do=Dse+Ds

式中,λ为小于1的常系数,通常取λ=0.4~0.6,Do为汽车与障碍物间的距离;Dse为从初始速度到安全速度这段制动过程中智能车行驶的距离;Ds为预留的安全距离;vs为避障制动开始时的车速;ve为制动结束时的车速;a(t)为制动减速度,是时间的一次函数;td为汽车从开始制动到制动加速度达到最大值所用的时间。