本发明涉及自动驾驶车辆路径规划，具体涉及一种交叉口车辆左转路径规划及控制的方法、系统。
背景技术：
1、信号交叉口是城市交通路网的关键和瓶颈节点，也是道路交通事故、拥堵和高排放的易发区域；由于信号灯相位配时、道路几何特性等因素影响，相较于车辆直行行为，车辆左转行为具有较强不稳定性和高动态特性，其影响机理和约束更复杂，这导致左转轨迹规划控制研究极具挑战性；而通过对左转车辆的轨迹规划及控制，可以大大改善交叉口的交通通行，使其更加安全、高效。
2、然而，由于信号灯相位配时、道路几何特性(如转弯角度、路缘石半径、出口车道数等)及其他交通参与者冲突等因素影响，车辆左转运动轨迹具有较强不稳定性和高动态特性，且十字交叉口的左转行为属于大曲率行驶工况，相比直行轨迹规划而言，该机动行为轨迹规划的参数变量及约束复杂程度均呈规模性增长，求解难度也随之攀升，因此，自动驾驶车辆左转轨迹规划与控制成为交通工程中最具挑战性的问题之一；但通过对交叉口左转车辆轨迹的规划与控制，不仅可以使交叉口的时空资源得到充分利用，改善交叉口整体通行效率，而且将有效提高车辆行驶安全性和能源利用率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种交叉口车辆左转路径规划及控制的方法、系统，解决现有技术中车辆左转运动轨迹不稳定的技术问题。
2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
3、第一方面、本发明提供一种交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，包括如下步骤：
4、建立改进型人工势场模型，其中，所述改进型人工势场模型至少包括引力势场模型以及改进型斥力势场模型，所述改进型斥力势场模型至少包括移动障碍物斥力势场模型以及边界斥力势场模型；
5、建立车辆轨迹预测模型，基于所述车辆轨迹预测模型，实时预测周围车辆的车辆参数，其中，所述车辆参数至少包括速度、转向角度以及位置坐标；
6、基于所述车辆参数，采用所述改进型人工势场模型规划左转车辆路径，当改进型人工势场模型规划的路径陷入局部最优时，调节所述引力势场模型的势场系数，以确定左转车辆所受合力大小和方向，确定左转车辆的下一步位置，当下一步位置的所述左转车辆与周围车辆相撞时，调节所述斥力势场模型的势场系数，通过迭代直至所述左转车辆到达目的点。
7、在其中一些实施例中，所述引力势场模型，包括：
8、确定所述左转车辆到目标点的距离，基于所述距离，建立引力势场模型。
9、在其中一些实施例中，所述引力势场模型的计算式为：
10、
11、
12、其中，uatt为目标点对左转车辆的引力势场，katt为引力势场的常数，rtv为目标车辆与障碍物之间的距离，a为引力势场因子，fatt为目标点对车辆的引力为引力势能的负梯度。
13、在其中一些实施例中，所述移动障碍物斥力势场模型，包括：
14、确定所述左转车辆和障碍物之间的相对位置、角度以及速度，基于所述相对位置、角度以及速度，建立移动障碍物的斥力势场模型。
15、在其中一些实施例中，所述移动障碍物斥力势场模型的计算式为：
16、
17、其中，uobs为障碍物车辆产生的斥力势场，kobs为障碍物车辆斥力势场常数，v0和vi分别为左转车辆与障碍车辆的速度，θ0和θi分别为左转车辆与障碍车辆与他们质心连线的夹角，r0为障碍物车辆作用的最远距离，rov为左转车辆与障碍物车辆之间的距离。
18、在其中一些实施例中，所述边界斥力势场模型，包括：
19、确定左转舒适区边界线，基于所述左转舒适区边界线，确定所述左转车辆到边界线的距离，基于所述左转车辆到边界线的距离，建立边界斥力势场模型。
20、在其中一些实施例中，所述边界斥力势场模型的计算式为：
21、
22、
23、
24、其中，ude为边界de产生的斥力势场，ucd为边界cd产生的斥力势场，uab为边界线ab产生的斥力势场，k1、k2、k3分别为边界de、cd、ab的边界势场的常数，x、y和z为左转车辆到边界de、cd、ab的距离，x0、y0、z0为左转车辆距离设置的边界斥力势场的距离。
25、在其中一些实施例中，所述基于所述车辆参数，采用所述改进型人工势场模型规划左转车辆路径，包括：
26、步骤1、设置左转车辆目标点坐标；
27、步骤2、实时预测周围车辆的车辆参数；
28、步骤3、确定左转车辆的路径规划，当所述左转车辆未完成路径规划时，确定所述左转车辆所受的引力、斥力、合力的大小和方向；
29、步骤4、当所述左转车辆所受的合力为0时，调节所述引力势场模型的势场系数，并重新计算所述左转车辆在人工势场所受合力大小和方向，直至所述合力不为0；
30、步骤5、确定左转车辆的加速度和转向角度，当所述左转车辆的转向角度超过运动学约束时，采用最大加速度和最大转向角度，计算所述左转车辆的下一步位置，并更新所述左转车辆的车辆位置坐标；
31、步骤6、基于所述左转车辆的车辆位置坐标以及周围车辆的车辆参数，判断左转车辆与周围车辆的碰撞风险，当下一步位置的所述左转车辆与周围车辆相撞时，调节所述斥力势场模型的势场系数，并重复步骤1至步骤6，直至所述左转车辆到达目标点。
32、在其中一些实施例中，所述左转车辆的车速计算式为：
33、
34、vn+1＝vn+ant，
35、其中，an为左转车辆加速度矢量，fsum为左转车辆的合力，m为左转车辆的质量，t为设置的轨迹更新的时间步长，vn为左转车辆的车速，vn+1为左转车辆的下一步车速。
36、第二方面、本发明还提供一种交叉口车辆左转路径规划及控制的系统，包括：
37、人工势场模型建立模块，用于建立改进型人工势场模型，其中，所述改进型人工势场模型至少包括引力势场模型以及改进型斥力势场模型，所述改进型斥力势场模型至少包括移动障碍物斥力势场模型以及边界斥力势场模型；
38、周围车辆参数预测模块，用于建立车辆轨迹预测模型，基于所述车辆轨迹预测模型，实时预测周围车辆的车辆参数，其中，所述车辆参数至少包括速度、转向角度以及位置坐标；
39、左转车辆路径规划模块，用于基于所述车辆参数，采用所述改进型人工势场模型规划左转车辆路径，当改进型人工势场模型规划的路径陷入局部最优时，调节所述引力势场模型的势场系数，以确定左转车辆所受合力大小和方向，确定左转车辆的下一步位置，当下一步位置的所述左转车辆与周围车辆相撞时，调节所述斥力势场模型的势场系数，通过迭代直至所述左转车辆到达目的点。
40、现有技术相比，本发明提供的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法、系统，首先，建立改进型人工势场模型，其中，改进型人工势场模型至少包括引力势场模型以及改进型斥力势场模型，改进型斥力势场模型至少包括移动障碍物斥力势场模型以及边界斥力势场模型；其次，建立车辆轨迹预测模型，基于车辆轨迹预测模型，实时预测周围车辆的车辆参数，其中，车辆参数至少包括速度、转向角度以及位置坐标；最后，基于车辆参数，采用改进型人工势场模型规划左转车辆路径，当改进型人工势场模型规划的路径陷入局部最优时，调节引力势场模型的势场系数，以确定左转车辆所受合力大小和方向，确定左转车辆的下一步位置，当下一步位置的左转车辆与周围车辆相撞时，调节斥力势场模型的势场系数，通过迭代直至左转车辆到达目的点；增加了车辆行驶的安全性，而且能够显著降低整体车辆延误和平均停车次数，提高城市整体交通服务水平，缓解城市交通拥堵。
1.一种交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述引力势场模型，包括：
3.根据权利要求2所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述引力势场模型的计算式为：
4.根据权利要求1所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述移动障碍物斥力势场模型，包括：
5.根据权利要求4所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述移动障碍物斥力势场模型的计算式为：
6.根据权利要求1所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述边界斥力势场模型，包括：
7.根据权利要求6所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述边界斥力势场模型的计算式为：
8.根据权利要求1所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述基于所述车辆参数，采用所述改进型人工势场模型规划左转车辆路径，包括：
9.根据权利要求8所述的交叉口车辆左转路径规划及控制的方法，其特征在于，所述左转车辆的车速计算式为：
10.一种交叉口车辆左转路径规划及控制的系统，其特征在于，包括：
