一种无人驾驶汽车紧急避让的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请中变道方案的规划方法涉及2015年7月3日提交的申请号为 201510381349. 9，发明名称为"一种无人驾驶汽车的自主变道决策系统"的专利申请。该申 请的全部内容在此引用作为参考。
技术领域
[0003] 本发明属于智能交通技术领域，具体是一种涉及无人驾驶汽车实现紧急避让系统 和规划计算方法。
【背景技术】
[0004] 随着城市化的发展和汽车的普及，由于超速行驶、占道行驶、疲劳驾驶、酒后驾驶、 避让不及时等原因导致的交通事故问题也越来越严重。而无人驾驶的车辆的出现为提高车 辆行驶安全，减少交通事故提供了可能。目前，对无人驾驶车辆的研发热情日益高涨，但一 般是针对车辆内部的控制技术和环境识别技术，对于无人驾驶车辆智能行为的研究还不够 多。
[0005] 为了更好地保证车辆在复杂环境下也能安全行驶，紧急避让的功能就显得非常重 要。避让功能的好坏是代表车辆智能化的不可或缺的关键性能指标，也是无人驾驶车辆可 靠行驶的重要保障。
[0006] 因此，如何在复杂的道路环境中分辨避让的类型，并做出正确的避让动作是一个 亟待解决的问题。本发明主要针对无人驾驶车辆运行中，可能出现的几类避让情况，进行分 析计算，规划避让方案，使无人驾驶车辆能够安全稳定的运行。
【发明内容】
[0007] 本发明提出了一种无人驾驶汽车的紧急避让系统和方法，该系统实现了无人驾驶 汽车面对避让物等突发情况进行自主紧急避让，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环境的状态，使车辆能够安全有效地进行避让，提高无人驾驶车辆的 安全性能，降低事故的发生率。
[0008] 为实现上述目的，本发明提出的无人驾驶汽车的紧急避让系统和方法，包括系统 的三个模块和方案决策的模拟计算。
[0009] 其中系统的三个模块为：
[0010] (1)车辆主控制模块，是一台计算机组成的。该模块将采集到的各类信息进行分析 处理，判断避让的类型，再按照各类型的规划方法进行计算，得出避让方案和控制信息，输 出到控制执行模块。
[0011] (2)信息采集模块，是由车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、陀螺仪和速度传感器 组成的。该模块用于采集探测避让物的形状、状态和周围环境信息以及本车的转向角角度、 速度等运行信息。
[0012] (3)控制执行模块，是由制动控制器、转向控制器、转向灯控制器和油门控制器组 成，用于接收避让的决策信息，根据决策信息改变本车的速度、转向角和转向灯，完成避让 动作。
[0013] 避让系统方案的决策步骤如下：
[0014] (1)根据采集到的各类信息，判断属于哪种紧急避让情况；
[0015] (2)根据实际的避让情况，进行分析计算，得出车辆的避让方案。
[0016] 其中，本发明主要针对以下6类紧急避让的情况进行分析计算：
[0017] (1)车辆正前方的物体为静止的；
[0018] (2)车辆正前方的物体是动态的，为横穿马路的行人、动物等动态物体（以下简称 为行人）或者运行中的车辆；
[0019] (3)车辆前方出现并道车辆；
[0020] (4)十字路口路边有阻碍雷达等探测的障碍物；
[0021 ] (5)十字路口车辆直行时可能遇到的情况；
[0022] (6)十字路口车辆左转时可能遇到的情况；
[0023] 在规划避让方案时，模拟计算所采用的数据为采集到的实时信息，得出的避让方 案是针对某一时刻的，故需要采集周围环境的实时信息，将下一时刻的信息输入主控制模 块，进行分析计算，判断上一时刻规划的避让方案是否可行，若不可行，需要重新规划。这一 过程，需要一直重复实行，直至避让成功为止。
[0024] 由上述说明可知，本发明各模块功能明确、相互协作，而且针对性强、决策计算方 法简单，能够根据行车的实际情况，做出正确的避让反应，具有较好的可行性。
【附图说明】
[0025] 图1是紧急避让系统的硬件结构图；
[0026] 图2是紧急避让系统的流程图；
[0027] 图3A是无人驾驶车辆正前方有静态障碍物；
[0028] 图3B是图3A情况下方案规划的程序流程图；
[0029] 图4A是无人驾驶车辆正前方有横穿马路的行人；
[0030] 图4B是图4A情况下方案规划的程序流程图；
[0031] 图5A是无人驾驶车辆正前方有紧急制动的车辆；
[0032] 图5B是图5A情况下方案规划的程序流程图；
[0033] 图6A是无人驾驶车辆前方出现并道车辆；
[0034] 图6B是图6A情况下方案规划的程序流程图；
[0035] 图7A是无人驾驶车辆通过的十字路口路边有阻碍雷达等探测的障碍物；
[0036] 图7B是图7A情况下方案规划的程序流程图；
[0037] 图8A是无人驾驶车辆在十字路口直行时遇到前方有左转车辆；
[0038] 图8B是图8A情况下方案规划的程序流程图；
[0039] 图9A是无人驾驶车辆在十字路口直行时遇到左边车道有闯红灯直行车辆；
[0040] 图9B是图9A情况下方案规划的程序流程图；
[0041] 图IOA是无人驾驶车辆在十字路口直行时遇到右边车道有闯红灯直行车辆；
[0042] 图IOB是图IOA情况下方案规划的程序流程图；
[0043] 图IlA是无人驾驶车辆在十字路口左转时遇到前方有直行车辆；
[0044] 图IIB是图IIA情况下方案规划的程序流程图；
[0045] 图12A是无人驾驶车辆在十字路口左转时遇到左边车道有闯红灯直行车辆；
[0046] 图12B是图12A情况下方案规划的程序流程图；
[0047] 图13A是无人驾驶车辆在十字路口左转时遇到右边车道有闯红灯直行车辆；
[0048] 图13B是图13A情况下方案规划的程序流程图；
【具体实施方式】
[0049] 下面将结合附图，对本发明作进一步地说明。
[0050] 参照图1所示，对本发明的硬件配置根据模块进行介绍。
[0051] 主控制模块1，就是由一台计算机11组成，主要作用是对信息采集模块采集到的 信息进行分析处理，判断避让类型，得出避让方案，并将控制指令输出给控制执行模块；
[0052] 信息采集模块2,选用了摄像机21，负责采集标志物、红绿灯、车道线等信息；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；陀螺 仪24,用于转向角角度的测量；速度传感器25,用于检测本车的实时速度；
[0053] 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和油门控制器 34组成，分别控制本车的刹车、方向盘、转向灯和油门。
[0054] 参照图2所示的本发明的流程图，对本发明所提出的紧急避让系统的运行流程作 了介绍，下面将描述实现步骤：
[0055] 步骤201 :由信息采集模块2中的摄像机21、毫米波雷达22和激光雷达23实时采 集周围环境信息和避让物的运行状态等，通过陀螺仪24和速度传感器25测得本车的即时 状态信息；
[0056] 步骤202 :将上述采集到的实时信息传输到主控制模块1进行处理分析，判断当前 情况属于那种避让类型；
[0057] 步骤203 :根据避让类型、采集到的即时数据，进行模拟计算，得出避让方案，将方 案信息传输到控制执行模块3 ;
[0058] 步骤204 :控制执行模块3按照接收到的方案的信息，控制制动、转向等控制器。
[0059] 步骤205 :根据采集的实时信息，进行分析计算，判断避让是否成功，若成功，直接 结束避让，若不成功，执行步骤201。
[0060] 判断避让成功与否，需要对采集到的实时信息一直进行计算分析。因此，紧急避让 流程每个周期都要运行一次，根据即时的信息，判断是否有新情况或者意外情况发生，以便 及时更改避让方案，重新规划计算，到达避让目的。
[0061] 参照图3A所示，车辆以速度V。匀速行驶时，在本车道的前方，突然检测到有障碍 物，或者前方正在施工等情况，即避让物为静止物体，车辆无法以现在的状态继续行驶。此 时，由毫米波雷达22测得障碍物与本车的距离为L，激光雷达23测出障碍物所占路面宽度 为Dzo
[0062] 假设车道宽度Sdr，若DzS Dr，且避让物全部在本车道，则采取变道方案。变道方 案的具体计算规划方法参见申请号为201510381349. 9的专利。若变道方案无法实行，或者 变道时发生意外，则采用直接减速停车的方法。车辆减速时的最小加速度六_为：
[0064] 则本车沿原行驶路线，以加速度A(A ^ A_)做匀减速直线运动，就能够在遇到障 碍物之前停止，完成避让。
[0065] 若Dz> D R，或者在变道的目标车道上也有障碍物，则本车直接采用停车方案，方案 的规划计算方式如上。
[0066] 由上述的方案规划计算流程可知，车辆正前方有静态障碍物的程序流程图参照图 3B所示，实现步骤为：
[0067] 步骤301 :根据采集到的信息，判断避让情况是否为车辆前方障碍物，若是，则执 行步骤302,若是位于十字路口的情况，则转至步骤701 ;
[0068] 步骤302:根据信息判断障碍物是否静止，若是静止的，执行步骤303,若是动态 的，转至401 ;
[0069] 步骤303 :判断障碍物的大小与位置，若仅仅位于本车道，执行步骤304,若障碍物 横跨两个或多个车道，占用了变道目标车道，则执行步骤309 ;
[0070] 步骤304 :根据数据信息，规划变道方案；
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