自动驾驶车辆的车道变换路径规划算法
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及一种系统和方法，用于在半自动驾驶或自动驾驶车辆中为车道对 中和/或车道变换提供车辆路径规划生成，并且更具体地设及一种系统和方法，用于在半 自动驾驶或驾驶车辆中为车道对中和/或车道变换提供车辆路径规划生成，使用来自前视 摄照机的测量结果确定摄照机范围内的路径，和使用来自地图数据库的路面点确定摄照机 范围之外的距离。
【背景技术】
[0002] 近代的车辆的操作正在变得更自动，即，车辆能够在越来越少的驾驶员介入的情 况下提供驾驶控制。巡航控制系统已经在车上好多年了，车辆驾驶员能够设定车辆的特定 速度，车辆将维持在运个速度而不需要驾驶员操作油口。最近在技术上已经发展了自适应 巡航控制系统，该系统不仅维持在设定速度，还将在使用各种传感器例如雷达和摄照机检 测到前方的更低速行驶车辆的情况下自动减慢车辆。某些近代的车辆还提供自动驾驶停 车，车辆将自动提供转向控制把车辆停下。如果驾驶员作出可能影响车辆稳定性的急剧转 向变化，一些车辆系统介入。一些车辆系统试图把车辆维持在道路上的车道的中屯、附近。此 夕F，全自动驾驶车辆已经表明，能够W高达30英里/小时在模拟城市交通中行驶，同时遵守 全部交通规则。
[0003] 随着车辆系统改善，它们将变得更自动，目标是成为完全自动驾驶车辆。例如，将 来的车辆或许将采用自控系统进行车道变换、穿行、远离交通、进入交通、等等。在自动驾 驶车辆中，平稳的机动和自动车辆对中和车道变换控制对驾驶员和乘客舒适性很重要。然 而，由于传感器和致动器的反应时间，测得的车辆状态会不同于实际的车辆状态。运个差异 会导致不正确的路径生成，运将影响车道变换急剧性。
[0004] 2012年5月1日公告的名称为用于自动车道对中和车道变换控制系统的路径生成 算法的美国专利8, 170, 739,转让给本申请的受让人并且在此通过引用并入，公开了一种系 统，用于为自动车道对中和/或车道变换目的提供路径生成。该系统采用一个或多个前视 摄照机，它们检测车辆前方的车道标志线，用于识别车辆行进在哪个行进车道上。一种期望 路径生成处理器接收来自摄照机的信号，车辆状态信息和车辆转向角W及对车辆车道变换 的请求。该系统还包括路径预测处理器，其根据包括车辆纵向速度、车辆横向速度、车辆偏 航速率和车辆转向角在内的车辆状态信息预测车辆路径。期望路径信息和预测路径信息相 比较W生成误差信号，将其发送给车道变换控制器，该控制器提供转向角信号W使车辆转 向并且降低误差信号，此时，路径生成处理器采用五次多项式方程式W根据运些输入信号 确定车辆的期望路径。
[0005] Lee等人的美国专利申请公开No. 2010/0082195,名称为"使用自动车辆控制系 统适应性控制车辆操作的方法"，转让给本申请的受让人并且也在此通过引用并入，公开了 对' 739专利所公开的路径生成算法的改进，其包括根据预测的行进路径和估计的路面位 置确定车辆的优选行进路径。
[0006] ' 739专利和' 195申请都采用可视摄照机来检测路面标志线和车辆前方的物体用 于路径生成。然而，当前的车辆可视摄照机在良好状态下具有约80米的最大有效可视距 离，因此限制了它们检测路面标志线来确定路面曲率的能力。具体地，典型的车道变换操作 可能需要5-6秒。对于公路速度例如70英里/小时，摄照机范围通常不足W根据当前的计 算需求完成车道变换操作。因此，车辆速度会超过系统为半自动或自动驾驶车辆精确提供 必要预测路径的能力。
【发明内容】
[0007] 本发明描述一种系统和方法，用于为行进在路面上的车辆的自动车道对中和/或 车道变换提供路径规划生成，该方法采用来自可视摄照机的在摄照机的有效范围内的路面 测量值和来自地图数据库的超出摄照机范围的路面测量值。该方法使用来自摄照机的路面 测量值来确定沿着路面的第一节段的期望路径并且根据摄照机限定路面的准确程度来识 别第一节段的尽头。该方法然后使用来自地图数据库的路面测量值来确定沿着开始于第一 节段的尽头的路面的第二节段的期望路径，其中从第一节段向第二节段的过渡是平稳的。 [000引本发明提供下列技术方案。
[0009] 技术方案1. 一种用于为车辆生成遵循路面的期望路径的方法，所述车辆包括至 少一个前视摄照机和地图数据库，所述方法包括： 提供来自摄照机的路面测量值，该摄照机识别路面上的位置； 提供来自地图数据库的路面测量值，该数据库识别路面上的位置； 使用来自摄照机的路面测量值确定沿着路面的第一节段的期望路径； 根据摄照机的有效范围识别第一节段的尽头；W及 使用来自地图数据库的路面测量值来确定沿着路面的第二节段的期望路径，其中第二 节段开始于第一节段的尽头。
[0010] 技术方案2.如技术方案1所述的方法，其中，该方法自动计算多个节段W针对车 道对中和车道变换两个目的限定出车辆要遵循的期望路径，。
[0011] 技术方案3.如技术方案1所述的方法，其中，确定沿着多个节段的期望路径包括 求解五次多项式方程式。
[0012] 技术方案4.如技术方案1所述的方法，其中，识别第一节段的尽头包括确定来自 摄照机的路面测量值与沿着第一节段的期望路径之间的误差。
[0013] 技术方案5.如技术方案4所述的方法，识别第一节段的尽头包括采用成本函数， 其识别测量值与期望路径之间的差值并且确定该成本函数何时超出预定成本函数阔值。
[0014] 技术方案6.如技术方案5所述的方法，其中，识别第一节段的尽头包括最小化成 本函数才为：
式中，给出成本函数芽的解答为：
并且式中，米是沿着y轴的路面位置，象是沿着X轴的路面位置，:爲鮮4是第一节段中 的路面测量值。
[0015] 技术方案7.如技术方案1所述的方法，其中，使用来自地图数据库的路面测量值 确定沿着路面的第二节段的期望路径包括使用第一节段中的最后一个位置点处的路面测 量值作为第二节段中的第一个位置点的路面测量值。
[0016] 技术方案8.如技术方案7所述的方法，其中，使用来自地图数据库的路面测量值 确定沿着路面的第二节段的期望路径包括使所述期望路径的在第一节段的尽头处的斜度 匹配所述期望路径的在第二节段开始处的斜度。
[0017] 技术方案9.如技术方案1所述的方法，进一步的包括使用来自地图数据库的路 面测量值确定沿着路面的开始于第二节段尽头的第Ξ节段的期望路径，其中，第二节段与 第Ξ节段之间的过渡出现在路面曲率超过预定阔值的情况下。
[0018] 技术方案10.如技术方案9所述的方法，其中，路面测量值用来确定第Ξ节段中 的第一位置点作为第二节段的最后位置点。
[001引技术方案11.如技术方案11所述的方法，其中，第S节段的第一位置点由来自地 图数据库的路面测量点并且通过求解成本函数来计算。
[0020] 技术方案12.如技术方案11所述的方法，其中，成本函数i定义为：
式中，
并且式中，数 值鶴漁^^郝%进域g计算为：
并且式中，炎是沿着冰轴的路面位置，张是沿着泼轴的路面位置，控是来自地图数据库 的路面测量值，胃:是第二节段。
[0021] 技术方案13.如技术方案1所述的方法，进一步的包括确定已经指令车辆车道变 换，确定需要多少节段来进行车道变换并且在多个节段上进行车辆变换。
[0022] 技术方案14.如技术方案13所述的方法，其中，确定需要多少节段来进行车道变 换包括确定当前车辆速度下进行车道变换所需的时间W及从当前车辆位置多远将结束车 道变换。
[0023] 技术方案15.如技术方案14所述的方法，其中，进行车道变换包括使用来自摄 照机的路面测量值来发起车道变换，并且使用来自地图数据库的路面测量值来结束车道变 换。
[0024] 技术方案16. -种于用于为车辆生成遵循路面的期望路径的方法，所述车辆包括 至少一个前视摄照机和地图数据库，所述方法包括： 提供来自摄照机的路面测量值，该摄照机识别路面上的位置； 提供来自地图数据库的路面测量值，该数据库识别路面上的位置； 使用来自摄照机的路面测量值通过求解五次多项式方程式确定沿着路面的第一节段 的期望路径，； 根据摄照机的有效范围确定第一节段的尽头，此时来自摄照机的路面测量值与沿着第 一节段的期望路径之间的误差超过预定成本函数阔值；W及 使用来自地图数据库的路面测量值确定沿着路面的第二节段的期望路径，其中，路面 的第二节段开始于第一节段的尽头，并且其中，使用来自地图数据库的路面测量值确定沿 着路面的第二节段的期望路径包括使用第一节段的最后位置点处的路面测量值作为第二 节段的第一位置点处的路面测量值，并且匹配第一节段尽头的期望路径的斜度与第二节段 开始时的期望路径的斜度。