一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法、系统及终端与流程

1.本发明涉及无人驾驶汽车技术领域，更具体地说，它涉及一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法、系统及终端。


背景技术：

2.无人驾驶汽车是通过车载传感系统或图像采集设备获知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。其依据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。其中，跨车道行驶一直是无人驾驶汽车控制的一大难题，所以对无人驾驶车辆变道行驶控制进行研究具有重大意义。
3.目前，已检索到申请号为cn201510381349.9的中国专利，公开了一种无人驾驶汽车自主变道的决策系统。其依据车道线、障碍物和周围交互车辆的车速、与本车的距离等环境信息分析判断是否满足变道条件，若符合则计算得出本车变道过程中的转向角角度和加速度，以此进行变道控制。然而，汽车变道过程中的转向角角度和行驶速度对变道安全具有直接影响，若在高速行驶下进行较大角度的变道，则非常容易导致车辆侧滑，同时影响了车辆行驶的稳定性；而较小角度的变道，则严重影响了当前车道和变道后车辆的正常行驶。
4.因此，进一步研究设计一种能够克服上述缺陷的无人驾驶车辆变道行驶控制方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中变道控制的转向角角度和加速度难以根据实际情况灵活选取安全、稳定性强以及负面影响较小的值，本发明的目的是提供一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法、系统及终端，为无人驾驶汽车变道控制提供了操作灵活、安全性能好的策略。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.第一方面，提供了一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法，包括以下步骤：
8.获取目标车辆前侧道路的第一道路图像以及后侧道路的第二道路图像；
9.从第一道路图像中提取当前车道和预变车道的行驶状况信息，并从行驶状况信息中确定对应车道的预驾驶阈值、前实际距离和前车监测速度，以及从第二道路图像中确定目标车辆横移后预变车道的后实际距离和后车监测速度；
10.以目标车辆变道前后的前、后实际距离之比一致计算得到最小化的变道偏移角度及对应的实际变道时间，并依据实际变道时间计算得到变道控制响应值；
11.根据变道控制响应值的绝对值小于或等于当前车道的行驶控制响应值的绝对值，则输出变道控制信号。
12.进一步的，所述第一道路图像、第二道路图像均覆盖当前车道和预变车道，预变车道与当前车道为相邻车道，且预驾驶阈值大的预变车道的优先级大。
13.进一步的，最小化的所述变道偏移角度的计算过程具体为：
14.根据前实际距离、后实际距离之比计算得到距离比值；
15.调控变道偏移角度使得变道后的目标车辆至前车的真实距离与至后车的真实距离之比等于距离比值，并依据实际变道时间计算得到在标准偏移范围内的变道偏移角度的求解范围；
16.选择变道偏移角度的求解范围中的最小值作为最小化的变道偏移角度。
17.进一步的，最小化的所述变道偏移角度的计算公式具体为：
[0018][0019]
θ
i
＝min(θ)
[0020]
其中，θ表示变道偏移角度的求解范围；θ
i
表示最小化的变道偏移角度；θ0表示标准偏移角度下限值；θ1表示标准偏移角度上限值；t表示实际变道时间；t0表示变道时间下限值；t1表示变道时间上限值；s1表示目标车辆横移至预变车道的前实际距离；s2表示目标车辆横移至预变车道的后实际距离；表示前车监测速度，若未监测到则取值标准速度上限值；后车监测速度，若未监测到则取值标准速度下限值；d表示当前车道与预变车道的宽度平均值。
[0021]
进一步的，所述标准偏移范围依据当前车道和预变车道的预驾驶阈值更新，更新过程为：
[0022]
根据标准下限变换系数以及当前车道和预变车道的预驾驶阈值的平均值，做乘积得到标准偏移角度下限值；
[0023]
根据标准上限变换系数以及当前车道和预变车道的预驾驶阈值的平均值，做乘积得到标准偏移角度上限值。
[0024]
进一步的，所述变道控制响应值的计算公式具体为：
[0025][0026]
其中，a表示变道控制响应值；v
y
表示当前车道的预驾驶阈值；t
i
表示最小化的变道偏移角度所对应的实际变道时间。
[0027]
进一步的，所述行驶状况信息包括障碍距离、障碍类型、障碍速度、障碍状态以及行驶环境信息，行驶环境信息包括行驶轨迹弧度信息、道路湿度信息、道路坡度信息、以及限速信息；
[0028]
所述预驾驶阈值根据行驶环境信息进行计算，具体计算公式为：
[0029][0030]
其中，v
y
表示预驾驶阈值；v
x
表示限速信息；ε
h
表示行驶道路的行驶轨迹弧度值；β
s
表示行驶道路的湿度强度值，取值为[0,0.3]；α
p
表示行驶道路的坡度值。
[0031]
进一步的，所述行驶控制响应值的计算公式具体为：
[0032]
[0033]
其中，a1表示行驶控制响应值，单位为m/s2；a0表示预设响应值，由目标车辆的车载系统设置；ε
h
表示行驶道路的行驶轨迹弧度值；β
s
表示行驶道路的湿度强度值，取值为[0,0.3]；α
p
表示行驶道路的坡度值，上坡为负值，下坡为正值；k为动态调控系数；若道路故障为静止状态，则k取最小值1；若道路故障为移动状态，则k取值与障碍距离呈反相关，与障碍速度呈正相关。
[0034]
第二方面，提供了一种无人驾驶车辆变道行驶控制系统，包括：
[0035]
图像采集模块，用于获取目标车辆前侧道路的第一道路图像以及后侧道路的第二道路图像；
[0036]
信息提取模块，用于从第一道路图像中提取当前车道和预变车道的行驶状况信息，并从行驶状况信息中确定对应车道的预驾驶阈值、前实际距离和前车监测速度，以及从第二道路图像中确定目标车辆横移后预变车道的后实际距离和后车监测速度；
[0037]
响应计算模块，用于以目标车辆变道前后的前、后实际距离之比一致计算得到最小化的变道偏移角度及对应的实际变道时间，并依据实际变道时间计算得到变道控制响应值；
[0038]
安全判断模块，用于判断变道控制响应值的绝对值是否小于或等于当前车道的行驶控制响应值的绝对值，若是，则输出变道控制信号。
[0039]
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法。
[0040]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0041]
1、本发明依据前实际距离、前车监测速度、后实际距离、后车监测速度以及对应车道的预驾驶阈值综合分析得到满足条件的变道偏移角度的求解范围，同时考虑了实际变道时间对其他车辆正常行驶的影响以及变道控制响应值对变道过程、变道后行驶的安全性，从而计算得到最优的符合变道要求的变道控制信号，有效提高了变道控制的安全性、稳定性，以及降低了对其他车辆的影响；
[0042]
2、本发明依据当前车道和预变车道的预驾驶阈值对变道要求进行动态更新，以使得最后得到的变道偏移角度和变道控制响应值更加符合实际情况；
[0043]
3、本发明依据当前车道和预变车道的行驶状况动态分析得到相应的行驶控制响应值，并依据行驶控制响应值对计算得到的变道控制响应值进行灵活判断，提供了变道安全检测分析的精确度。
附图说明
[0044]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0045]
图1是本发明实施例中的整体流程图；
[0046]
图2是本发明实施例中目标车辆横移的示意图；
[0047]
图3是本发明实施例中变道偏移角度的分析计算示意图；
[0048]
图4是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
[0049]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0050]
实施例：一种无人驾驶车辆变道行驶控制方法，如图1所示，具体由以下步骤实现。
[0051]
步骤一：获取目标车辆前侧道路的第一道路图像以及后侧道路的第二道路图像。
[0052]
第一道路图像、第二道路图像均覆盖当前车道和预变车道，预变车道与当前车道为相邻车道，且预驾驶阈值大的预变车道的优先级大。即变道控制时优先针对预驾驶阈值大的预变车道进行分析。若当前车道两侧的预变车道的预驾驶阈值均相同，则优先以左侧的预变车道进行分析。
[0053]
步骤二：从第一道路图像中提取当前车道和预变车道的行驶状况信息，并从行驶状况信息中确定对应车道的预驾驶阈值、前实际距离和前车监测速度，以及从第二道路图像中确定目标车辆横移后预变车道的后实际距离和后车监测速度。
[0054]
需要说明的是，前实际距离、后实际距离需大于或大于系统预设值的相应基础距离，在接收到变道控制启动信号时才会进行响应。此外，图像中信息提取还包括对车道线、变道标示等进行识别，需要在满足变道的基本条件时次啊会可能运行变道。
[0055]
如图2所示，以车道的延伸方向为纵向，如f，相邻车道之间为纵向，目标车辆横移时保持纵向方向无位移变化。例如，a为横移前的位置，a1为横移后的位置。
[0056]
行驶状况信息包括障碍距离、障碍类型、障碍速度、障碍状态以及行驶环境信息，行驶环境信息包括行驶轨迹弧度信息、道路湿度信息、道路坡度信息、以及限速信息。
[0057]
预驾驶阈值根据行驶环境信息进行计算，具体计算公式为：
[0058][0059]
其中，v
y
表示预驾驶阈值；v
x
表示限速信息；ε
h
表示行驶道路的行驶轨迹弧度值；β
s
表示行驶道路的湿度强度值，取值为[0,0.3]；α
p
表示行驶道路的坡度值。
[0060]
步骤三：以目标车辆变道前后的前、后实际距离之比一致计算得到最小化的变道偏移角度及对应的实际变道时间，并依据实际变道时间计算得到变道控制响应值。
[0061]
如图3所示，最小化的变道偏移角度的计算过程具体为：根据前实际距离、后实际距离之比计算得到距离比值；调控变道偏移角度使得变道后的目标车辆至前车的真实距离与至后车的真实距离之比等于距离比值，并依据实际变道时间计算得到在标准偏移范围内的变道偏移角度的求解范围；选择变道偏移角度的求解范围中的最小值作为最小化的变道偏移角度。其中，c变道分析的预设目的点。
[0062]
最小化的变道偏移角度的计算公式具体为：
[0063][0064]
θ
i
＝min(θ)
[0065]
其中，θ表示变道偏移角度的求解范围；θ
i
表示最小化的变道偏移角度；θ0表示标准偏移角度下限值；θ1表示标准偏移角度上限值；t表示实际变道时间；t0表示变道时间下限
值；t1表示变道时间上限值；s1表示目标车辆横移至预变车道的前实际距离；s2表示目标车辆横移至预变车道的后实际距离；表示前车监测速度，若未监测到则取值标准速度上限值；后车监测速度，若未监测到则取值标准速度下限值；d表示当前车道与预变车道的宽度平均值。
[0066]
标准偏移范围依据当前车道和预变车道的预驾驶阈值更新，更新过程为：根据标准下限变换系数以及当前车道和预变车道的预驾驶阈值的平均值，做乘积得到标准偏移角度下限值；根据标准上限变换系数以及当前车道和预变车道的预驾驶阈值的平均值，做乘积得到标准偏移角度上限值。依据当前车道和预变车道的预驾驶阈值对变道要求进行动态更新，以使得最后得到的变道偏移角度和变道控制响应值更加符合实际情况。
[0067]
变道控制响应值的计算公式具体为：
[0068][0069]
其中，a表示变道控制响应值；v
y
表示当前车道的预驾驶阈值；t
i
表示最小化的变道偏移角度所对应的实际变道时间。
[0070]
需要说明的是，变道控制响应值为正，则表示加速变道；变道控制响应值为负，则表示减速变道。
[0071]
步骤四：根据变道控制响应值的绝对值小于或等于当前车道的行驶控制响应值的绝对值，则输出由变道控制响应值、最小化的变道偏移角度组成的变道控制信号。
[0072]
行驶控制响应值的计算公式具体为：
[0073][0074]
其中，a1表示行驶控制响应值，单位为m/s2；a0表示预设响应值，由目标车辆的车载系统设置；ε
h
表示行驶道路的行驶轨迹弧度值；β
s
表示行驶道路的湿度强度值，取值为[0,0.3]；α
p
表示行驶道路的坡度值，上坡为负值，下坡为正值；k为动态调控系数；若道路故障为静止状态，则k取最小值1；若道路故障为移动状态，则k取值与障碍距离呈反相关，与障碍速度呈正相关。
[0075]
需要说明的是，若变道偏移角度的求解范围中没有符合标准偏移范围的值，则不允许进行变道。同时，若求解的变道控制响应值不符合安全判断，同样不允许进行变道。
[0076]
实施例2：一种无人驾驶车辆变道行驶控制系统，如图4所示，包括图像采集模块、信息提取模块、信息提取模块、响应计算模块。
[0077]
图像采集模块，用于获取目标车辆前侧道路的第一道路图像以及后侧道路的第二道路图像。信息提取模块，用于从第一道路图像中提取当前车道和预变车道的行驶状况信息，并从行驶状况信息中确定对应车道的预驾驶阈值、前实际距离和前车监测速度，以及从第二道路图像中确定目标车辆横移后预变车道的后实际距离和后车监测速度。响应计算模块，用于以目标车辆变道前后的前、后实际距离之比一致计算得到最小化的变道偏移角度及对应的实际变道时间，并依据实际变道时间计算得到变道控制响应值。安全判断模块，用于判断变道控制响应值的绝对值是否小于或等于当前车道的行驶控制响应值的绝对值，若是，则输出变道控制信号。
[0078]
工作原理：本发明依据前实际距离、前车监测速度、后实际距离、后车监测速度以及对应车道的预驾驶阈值综合分析得到满足条件的变道偏移角度的求解范围，同时考虑了实际变道时间对其他车辆正常行驶的影响以及变道控制响应值对变道过程、变道后行驶的安全性，从而计算得到最优的符合变道要求的变道控制信号，有效提高了变道控制的安全性、稳定性，以及降低了对其他车辆的影响。
[0079]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0080]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0081]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0082]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0083]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。