一种自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统

本发明涉及一种非机动车过街路权协商系统，尤其是涉及一种自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统。

背景技术：

据统计，我国机动车保有量超3.6亿辆，非机动车保有量超4亿辆，机动车与非机动车混合通行是我国城市交通的重要特征。2019年我国非机动车伤亡人数达1.3万人，其中在非机动车过街这一时段发生的伤亡占很大一部分。

目前，非机动车驾驶人在无信号灯情况下过街时与司机通过眼神或者手势等方式表达是否让行的意图，提高过街的安全性。而在自动驾驶背景下，自动驾驶车辆需要通过对非机动车的意图进行预测来实施相应的车辆控制。自动驾驶车辆对非机动车的有效意图预测的前提和基础是准确的环境感知，由于非机动车相比较机动车体积小，且数量众多，易相互遮挡，自动驾驶车辆搭载的环境感知传感器无法非常准确地获取非机动车的信息；另外，自动驾驶车辆无法准确识别非机动车驾驶人意图，非机动车驾驶人也难以掌握自动驾驶车辆的行驶意图，即双方无法通过进行有效的信息交换来确认路权。由此，自动驾驶车辆被编程为默认在非机动车过街时无条件让行来保障非机动车过街安全，这将致使大量自动驾驶车辆排队现象的出现，自动驾驶车辆通行效率显著降低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够兼顾非机动车过街安全与自动驾驶车辆通行效率的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统，包括环境感知模块、决策模块、输出模块和反馈模块，所述的环境感知模块包括自动驾驶车载监控模块、非机动车载监控模块、路侧监控模块，所述的输出模块包括自动驾驶车辆输出模块和非机动车输出模块，所述的自动驾驶车载监控模块和所述的自动驾驶车辆输出模块搭载在自动驾驶车辆上，所述的非机动车车载监控模块、所述的非机动车输出模块和所述的反馈模块搭载在非机动车上，所述的路侧监控模块安装在非机动车过街路侧；所述的自动驾驶车载监控模块用于获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给所述的决策模块，所述的非机动车车载监控模块用于获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给所述的决策模块，所述的路侧监控模块用于获取自动驾驶车辆位置信息和非机动车位置信息并输出给所述的决策模块，所述的决策模块能够对输入其内的信息进行处理生成对应的决策信号输出，所述的决策模块还能够通过所述的自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，所述的自动驾驶车辆输出模块用于执行来自决策模块的决策信号，所述的反馈模块用于将非机动车驾驶人输入其内的反馈信息输出给所述的决策模块；当自动驾驶车辆与非机动车在街口相遇时，所述的自动驾驶车载监控模块获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给所述的决策模块，所述的非机动车车载监控模块获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给所述的决策模块，所述的决策模块对其接收的信息进行处理并生成相应决策信号输出，在生成相应决策信号过程中，如有需要，所述的决策模块能通过所述的自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，也能通过所述的反馈模块接收非机动车驾驶人输出的反馈信息，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号。

所述的决策模块生成相应决策信号的具体过程为：

s1、所述的决策模块通过所述的自动驾驶车载监控模块、所述的非机动车载监控模块和所述的路侧监控模块输出的检测信号中的自动驾驶车辆和非机动车的速度、加速度、行车方向和位置信息预测出自动驾驶车辆与非机动车的行驶轨迹；

s2、将以自动驾驶车辆与非机动车预测的行驶轨迹的交汇点为圆心，自动驾驶车辆长度的1.5倍为半径所形成的圆形区域定义为危险区域；

s3、将自动驾车辆到达危险区域起点边缘的时间记为tvs，终点边缘的时间记为tve，非机动车到达危险区域起点边缘的时间记为tns，终点边缘的时间记为tne，非机动车到达危险区域起始边缘前自动驾驶车辆穿越危险区域的速度记为vmax，采用公式(1)～(4)分别计算得到tns、tne、tvs和vmax：

其中，min为取最小值符号；dv为自动驾驶车辆当前位置离预测的该自动驾驶车辆将到达的危险区域起始边缘的距离，dv等于所述的决策模块获取的自动驾驶车辆当前位置和预测的该自动驾驶车辆将到达的危险区域起始边缘位置的直线距离；dn为非机动车当前位置离预测的该非机动车将到达的危险区域起始边缘的距离，dn等于所述的决策模块获取的非机动车当前位置和预测的该非机动车将到达的危险区域起始边缘位置的直线距离；vv为自动驾驶车辆当前的速度；vn为非机动车当前的速度；w为危险区域的直径；l为自动驾驶车辆的长度；vlm为自动驾驶车辆允许的最高速度；

s4、比较dv+w+l和的大小，其中al为自动驾驶车辆性能内的最大加速度，根据比较结果确定tve的值，具体为：

如果则令

如果则令

s5、所述的决策模块分别比较tne和tvs的大小以及tns和tve的大小，基于比较结果生成对应的决策信号输出，具体为：

当tne<tvs或者tve<tns时，所述的决策模块判断自动驾驶车辆和非机动车不存在同时到达危险区域的可能，此时所述的决策模块输出正常通行的决策信号至所述的自动驾驶车辆输出模块，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口；

当tne≥tvs且tve≥tns时，所述的决策模块判断自动驾驶车辆和非机动车存在同时到达危险区域的可能，此时所述的决策模块先通过所述的非机动车输出模块以交流信息的方式询问非机动车行驶人是否同意让行，之后，如果所述的决策模块在预设时间内从所述的反馈模块处获取到非机动车行驶人反馈的“是”的有效输入，此时所述的决策模块输出正常通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口；

如果所述的决策模块在预设时间内从所述的反馈模块处获取到非机动车行驶人反馈的“否”的有效输入，此时所述的决策模块比较自动驾驶车辆在非机动车到达危险区域前停车所需的最小加速度as和自动驾驶车辆性能内的最大加速度al，根据比较结果确定自动驾驶车辆能否在非机动车到达危险区域前停车,as按如下公式进行计算：

当as<al时，所述的决策模块判断自动驾驶车辆能在非机动车到达危险区域前停车，此时所述的决策模块输出禁止通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆开始减速并在危险区域前停车，同时所述的决策模块输出能够通行的提醒信号至所述的非机动车输出模块，提醒非机动车驾驶人正常过街；

当as≥al时，所述的决策模块判断自动驾驶车辆不能在非机动车到达危险区域前停车,此时所述的决策模块输出正常通行的决策信号至所述的自动驾驶车辆输出模块，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口，同时所述的决策模块输出“前方危险”的提醒信号至所述的非机动车输出模块，提醒非机动车驾驶人让行；

如果所述的决策模块在预设时间内从所述的反馈模块处未获取到非机动车行驶人输入的有效输入信息，此时所述的决策模块利用非机动车监控模块检测到的非机动车加速度和速度信息判断非机动车的“走-停”状态，检测非机动车是否继续前进，当判断非机动车处于继续前进状态时，所述的决策模块按照之前的方法利用当前信息重新判断自动驾驶车辆能否在非机动车到达危险区域前停车，并进行相应操作；当判断非机动车处于停止前进状态时，所述的决策模块输出正常通行的决策信号至所述的自动驾驶车辆输出模块，所述的自动驾驶车辆输出模块执行来自所述的决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口。该方法中实现了自动驾驶车辆与非机动车的有效交流，解决非机动车“走-停”困惑，进一步提高通行效率及通行安全性。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过环境感知模块、决策模块、输出模块和反馈模块构建自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统，环境感知模块包括自动驾驶车载监控模块、非机动车载监控模块、路侧监控模块，输出模块包括自动驾驶车辆输出模块和非机动车输出模块，自动驾驶车载监控模块和自动驾驶车辆输出模块搭载在自动驾驶车辆上，非机动车车载监控模块、非机动车输出模块和反馈模块搭载在非机动车上，路侧监控模块安装在非机动车过街路侧；自动驾驶车载监控模块用于获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，非机动车车载监控模块用于获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，路侧监控模块用于获取自动驾驶车辆位置信息和非机动车位置信息并输出给决策模块，决策模块能够对输入其内的信息进行处理生成对应的决策信号输出，决策模块还能够通过自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，自动驾驶车辆输出模块用于执行来自决策模块的决策信号，反馈模块用于将非机动车驾驶人输入其内的反馈信息输出给决策模块；当自动驾驶车辆与非机动车在街口相遇时，自动驾驶车载监控模块获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，非机动车车载监控模块获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，决策模块对其接收的信息进行处理并生成相应决策信号输出，在生成相应决策信号过程中，如有需要，决策模块能通过自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，也能通过反馈模块接收非机动车驾驶人输出的反馈信息，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，由此本发明通过环境感知模块、决策模块、输出模块和反馈模块将自动驾驶车辆与非机动车之间进行紧密衔接，大幅提升自动驾驶车辆对非机动车的环境感知能力，实现了自动驾驶车辆与非机动车的自动路权协商，保障非机动车过街安全的同时提高自动驾驶车辆通行效率。

附图说明

图1为本发明的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统的结构图一；

图2为本发明的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统的结构图二；

图3为本发明的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统的工作流程图；

图4为本发明的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统的一种应用环境示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1和图2所示，一种自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统，包括环境感知模块、决策模块、输出模块和反馈模块，环境感知模块包括自动驾驶车载监控模块、非机动车载监控模块、路侧监控模块，输出模块包括自动驾驶车辆输出模块和非机动车输出模块，自动驾驶车载监控模块和自动驾驶车辆输出模块搭载在自动驾驶车辆上，非机动车车载监控模块、非机动车输出模块和反馈模块搭载在非机动车上，路侧监控模块安装在非机动车过街路侧；自动驾驶车载监控模块用于获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，非机动车车载监控模块用于获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，路侧监控模块用于获取自动驾驶车辆位置信息和非机动车位置信息并输出给决策模块，决策模块能够对输入其内的信息进行处理生成对应的决策信号输出，决策模块还能够通过自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，自动驾驶车辆输出模块用于执行来自决策模块的决策信号，反馈模块用于将非机动车驾驶人输入其内的反馈信息输出给决策模块；当自动驾驶车辆与非机动车在街口相遇时，自动驾驶车载监控模块获取自动驾驶车辆速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，非机动车车载监控模块获取非机动车速度、加速度和行车方向信息并输出给决策模块，决策模块对其接收的信息进行处理并生成相应决策信号输出，在生成相应决策信号过程中，如有需要，决策模块能通过自动驾驶车辆输出模块输出对非机动车驾驶人的提示信息，也能通过反馈模块接收非机动车驾驶人输出的反馈信息，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号。

本实施例中，如图3所示，决策模块生成相应决策信号的具体过程为：

s1、决策模块通过自动驾驶车载监控模块、非机动车载监控模块和路侧监控模块输出的检测信号中的自动驾驶车辆和非机动车的速度、加速度、行车方向和位置信息预测出自动驾驶车辆与非机动车的行驶轨迹；

s2、将以自动驾驶车辆与非机动车预测的行驶轨迹的交汇点为圆心，自动驾驶车辆长度的1.5倍为半径所形成的圆形区域定义为危险区域；

s3、将自动驾车辆到达危险区域起点边缘的时间记为tvs，终点边缘的时间记为tve，非机动车到达危险区域起点边缘的时间记为tns，终点边缘的时间记为tne，非机动车到达危险区域起始边缘前自动驾驶车辆穿越危险区域的速度记为vmax，采用公式(1)～(4)分别计算得到tns、tne、tvs和vmax：

其中，min为取最小值符号；dv为自动驾驶车辆当前位置离预测的该自动驾驶车辆将到达的危险区域起始边缘的距离，dv等于决策模块获取的自动驾驶车辆当前位置和预测的该自动驾驶车辆将到达的危险区域起始边缘位置的直线距离；dn为非机动车当前位置离预测的该非机动车将到达的危险区域起始边缘的距离，dn等于决策模块获取的非机动车当前位置和预测的该非机动车将到达的危险区域起始边缘位置的直线距离；vv为自动驾驶车辆当前的速度；vn为非机动车当前的速度；w为危险区域的直径；l为自动驾驶车辆的长度；vlm为自动驾驶车辆允许的最高速度；

s4、比较dv+w+l和的大小，其中al为自动驾驶车辆性能内的最大加速度，根据比较结果确定tve的值，具体为：

如果则令

如果则令

s5、决策模块分别比较tne和tvs的大小以及tns和tve的大小，基于比较结果生成对应的决策信号输出，具体为：

当tne<tvs或者tve<tns时，决策模块判断自动驾驶车辆和非机动车不存在同时到达危险区域的可能，此时决策模块输出正常通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口；

当tne≥tvs且tve≥tns时，决策模块判断自动驾驶车辆和非机动车存在同时到达危险区域的可能，此时决策模块先通过非机动车输出模块以交流信息的方式询问非机动车行驶人是否同意让行，之后，如果决策模块在预设时间内从反馈模块处获取到非机动车行驶人反馈的“是”的有效输入，此时决策模块输出正常通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口；

如果决策模块在预设时间内从反馈模块处获取到非机动车行驶人反馈的“否”的有效输入，此时决策模块比较自动驾驶车辆在非机动车到达危险区域前停车所需的最小加速度as和自动驾驶车辆性能内的最大加速度al，根据比较结果确定自动驾驶车辆能否在非机动车到达危险区域前停车,s按如下公式进行计算：

当as<al时，决策模块判断自动驾驶车辆能在非机动车到达危险区域前停车，此时决策模块输出禁止通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆开始减速并在危险区域前停车，同时决策模块输出能够通行的提醒信号至非机动车输出模块，提醒非机动车驾驶人正常过街；

当as≥al时，决策模块判断自动驾驶车辆不能在非机动车到达危险区域前停车,此时决策模块输出正常通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口，同时决策模块输出“前方危险”的提醒信号至非机动车输出模块，提醒非机动车驾驶人让行；

如果决策模块在预设时间内从反馈模块处未获取到非机动车行驶人输入的有效输入信息，此时决策模块利用非机动车监控模块检测到的非机动车加速度和速度信息判断非机动车的“走-停”状态，检测非机动车是否继续前进，当判断非机动车处于继续前进状态时，决策模块按照之前的方法利用当前信息重新判断自动驾驶车辆能否在非机动车到达危险区域前停车，并进行相应操作；当判断非机动车处于停止前进状态时，决策模块输出正常通行的决策信号至自动驾驶车辆输出模块，自动驾驶车辆输出模块执行来自决策模块的决策信号，控制自动驾驶车辆正常通过街口。

本实施例中，反馈模块可以被设置为接收非机动车驾驶人的语音输入的麦克风，或供非机动车驾驶人选择的按钮等。决策模块可以选择专用的电控装置，也可以使用车辆的ecu(电控单元)。此外，决策模块可以为车载装置，搭载在自动驾驶车辆上，也可以设置为远程控制单元，并与其他模块以有线和/或无线的方式进行通讯。

图4展示了本发明的自动驾驶背景下的非机动车过街路权协商系统的一种应用环境。如图4所示，自动驾驶车辆在道路上行驶，自动驾驶车辆的前方有一人行横道，人行横道旁有非机动车和路侧监控设施，非机动车部分被障碍遮挡，自动驾驶车辆无法通过自身传感器准确获取全非机动车的信息。本发明可使自动驾驶车辆行至人行横道附近时，判断出非机动车是否需要过街，并与非机动车通过相互交流协商的形式确认路权。本发明也可以用于与图4不同的环境。比如，在无信号交叉口，非机动车可以横穿马路；又比如在没有设置路口的路段，无隔离栏进行隔离，非机动车同样可能横穿道路。