一种无人驾驶汽车的自主变道决策系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能交通技术领域，具体是一种设及无人驾驶汽车实现自主变道的决 策系统。
【背景技术】
[0002] 由于汽车的大量使用，虽然给人们的出行带来极大的便利，但随之而来的问题也 日益严重，如造成城市交通拥堵、交通事故频发等。其中，因变道引发的事故占总交通事故 的4% -10%，且人为原因占了 75%。如何提高车辆变道操作的安全性与可靠度，一直W来 都是交通安全研究领域的重要课题。通过准确的环境信息感知，加上科学、合理的决策分 析与稳定可靠的控制算法，使车辆自主变道的安全性比充满不确定因素的驾驶员更具优越 性，有效地控制人为因素造成的交通事故。
[0003] 在无人驾驶汽车研究中，由于道路环境、车辆的运行状况、周围车辆的行驶状态等 许多多变的因素，实现自主变道一直是较为困难的部分。如何判断是否能够进行变道、如何 制定变道的决策方案、如何根据实况调整方案、如何控制车辆进行变道，都是实现自主变道 需要解决的问题。本发明提出的无人驾驶汽车自主变道决策系统就是针对W上的问题展开 研究的。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种无人驾驶汽车的自主变道决策系统，该系统实现了无人驾驶汽 车进行自主变道的功能，提高了车辆的智能化程度，同时能有效地实时监测车辆与周围车 辆的运行状态，提高车辆的安全性能，降低事故的发生率。 阳〇化]为实现上述目的，本发明提出的无人驾驶汽车的自主变道决策系统，包括四大模 块和决策模拟计算。
[0006] 其中决策系统的四大模块为： (1) 车辆主控制模块，是由一台工控机构成的。该模块将信息采集模块采集到的车道信 息、障碍物信息、周围车辆的信息W及本车信息反馈模块传输的本车的行驶状态信息进行 分析处理，得出车辆的变道决策方案，然后将决策信息输出到控制执行模块； (2) 信息采集模块，包括摄像机、毫米波雷达、激光雷达。该模块利用摄像机采集车道线 信息，观察车道线是否为虚线；用雷达探测周围交互车辆的行驶速度和与本车的相对距离 W及障碍物情况； 做控制执行模块，由制动控制器、转向控制器、转向灯控制器和油口控制器组成，该模 块根据主控制模块传输的决策信息，通过控制器W改变本车的速度和转向角，完成变道动 作； (4)本车信息反馈模块，包括巧螺仪和速度传感器。该模块将巧螺仪测得的转向角角度 和速度传感器测得的车辆速度反馈给主控制器，W便主控制器实时监测本车的运行状态。
[0007] 该决策系统的模拟计算包括W下步骤： (1) 根据信息采集模块测得的车辆相对距离、车道线、障碍物等信息，判断是否满足变 道的初始条件，若满足则进行模拟计算； (2) 根据变道时间和目标车道前后车辆的行驶状态，得出变道完成后前后车辆各自的 行驶距离和两车的相对距离； (3) 假定变道完成后本车的位置，根据=辆车的位置关系，判断是否满足变道终止条 件，若满足则根据变道前后本车的位置，计算得出本车在变道过程中所需的转向角角度和 加速度。
[0008] 有上述说明可知，本发明针对性强、决策方法简单；各模块功能明确、相互协作，算 法容易实现，具有较好的可行性。
【附图说明】
[0009] 图1是自主变道系统硬件结构图。
[0010] 图2是变道前车辆场景图。
[0011] 图3是变道模拟计算数据图。
[0012] 图4是变道过程中车辆场景图。
[0013] 图5是变道完成后车辆场景图。
[0014] 图6是无人驾驶汽车自主变道决策流程图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合附图，对本发明作进一步地说明。
[0016] 参照图1所示，本发明的硬件配置根据模块进行介绍。
[0017] 主控制模块1，就是由一台工控机11组成，主要作用是对采集到的和反馈回来的 信息进行分析处理，得出变道方案，并将控制指令输出给控制执行模块。
[0018] 信息采集模块2,选用了摄像机21，负责采集车道线信息；毫米波雷达22,采集周 围车辆与本车的相对速度及距离；激光雷达23,用于障碍物的检测。
[0019] 控制执行模块3,由制动控制器31、转向控制器32、转向灯控制器33和油口控制器 34组成，分别控制本车的刹车、方向盘、转向灯和油口。
[0020] 本车信息反馈模块4,是由巧螺仪41测得转向角角度，速度传感器42测出本车的 速度。
[0021] 参照图2所示，在进行变道之前，3号车辆为无人驾驶汽车，由速度传感器42测得 行驶速度为V3,所在车道为本车道；1号车是位于变道目标车道，在3号车前方W速度行驶 的车辆，由毫米波雷达22测得，其与3号车的相对速度为AVi，与3号车的相对距离为Li3; 2号车也是位于变道目标车道，在3号车后方的车辆，同样用毫米波雷达22可W测得，其与 3号车的相对速度为AV2,与3号车的相对距离为L23。
[0022] 本发明中设定车辆间的安全变道距离为以若Li3>L且L23>以两车道间的车道 线为虚线，并且周围无障碍物，则满足变道的初始条件，可W进行变道模拟计算，计算过程 如下。
[002引参照图3所示，经过时间T后，3号车变道成功，立辆车的位置情况，此时立辆车的 速度为咚、.哼、巧，1号车与3号车的距离为瑞，2号车与3号车的距离为心，.若有 端务i且/；;;; >L，则说明无人驾驶汽车顺利完成变道。
[0024] 参照图4所示，根据图巧日图2的车辆位置，将其进行数据化，W便于模拟计算；图 4中点1、2、3分别为变道前=辆车所处位置，点1'、2'、3'是变道完成时=辆车的位置； 设定道路宽度为D，=辆车都在道路中央行驶，可计算得到1号车和2号车的相对距离Li2:
Li2- L 1+L2。
[0025] 假定变道过程中1号车和2号车速度保持不变，分别为Vi、V2,所需变道时间为T， 变道完成后，可得到1号车行驶距离Si和2号车行驶距离S2,1号车和2号车的相对距离为 巧;?计算如下：
[00%] 若要保证变道成功，则变道结束时3号车与1号车、2号车的相对距离都必须大于L假设此时3号车与1号车的相对距离为安全距离L即岛有
[0027] 若4;L，:表示满足变道终止条件，方案可行，则可计算出3号车的行驶距离S3 和转向角角度0:
[00測若3号车匀加速行驶，可计算得到到达目标位置的速度If，加速度Jf
[0029] 由W上模拟计算可W得出变道方案为：若1号车和2号车在变道过程中匀速行驶， 道路中无障碍物，车道线一直为虚线，则3号车保持转向角角度为0，加速度寺f进行匀加速 行驶就可安全到达目标车道，完成变道。
[0030] 参照图5所示，在变道过程中某一时刻t，=辆车的位置分布情况。运一时刻，速度 传感器42测得3号车的速度为V3'，巧螺仪41测得3号车的转向角角度为0，由毫米波雷 达22测得1号车、2号车与3号车的相对距离分别为L'i3、L' 23化'13>1且1' 23>U， 相对速度为AV/、AV2'。 阳〇3U 经过At(At《0.Is)时间后，测得3号车的速度为V3"，转向角角度为0'，1 号车、2号车与3号车的相对距离分别为L"i3、L" 23化"23>L)，相对速度为 AVi"、AVz"，W此可求此时S辆车的实时速度和加速度：
[0032] 设定限定加速度为A(A〉0)，即车辆加速度大于A，判定为大幅度加速，小于-A为大 幅减速。若此时，1号车、2号车没有大幅度减速或加速，即Ai〉-A且A2<A，仍W现在的状态行 驶，道路中无障碍物或其他突发情况，则3号车按原决策方案进行变道，全程所需时间为T， 可求得完成变道时，S辆车的行驶距离分别为Si、S2、S3,1号车与3号车距离为L' 13, 2号 车与3号车相距L' 23,则有下列数学关系式：
[0033] 经过W上计算，如果L' L且L' 23>以则变道方案可行，继续进行，如果 L'i3<L或者L' 23先，那么就要暂停变道，按图3的方法重新规划，按照新方案执行。
[0034] 若在变道过程中，1号车加速度Ai&