一种适用于结构化道路的自主换道控制方法及系统与流程

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种适用于结构化道路的自主换道控制方法及系统。

背景技术：

随着自动驾驶技术的高速发展，高级驾驶辅助系统(adas,advanceddriverassistancesystems)已经被人们所熟知。其中，自适应巡航控制系统(acc,adaptivecruisecontrolsystem)、自动紧急制动系统(aeb,autonomousemergencybraking)及换道辅助系统(lca,lanechangeassistance)作为能够提升行驶安全、改善交通拥堵和缓解驾驶疲劳的典型的高级驾驶辅助子系统，已经得到研究机构、传统汽车企业及互联网企业的广泛认可与关注。但是，acc系统和aeb系统的研究主要通过车辆的纵向控制提升行驶安全及提高通行效率，而lca系统也表现出诸多的局限性，甚至对车辆正常驾驶造成干扰，现有lca系统适用工况简单，驾驶员对系统的人工干预频率过高，不能有效地降低驾驶疲劳，使驾驶员仍处于精神高度紧张的状态。因此，现有lca系统不能兼顾自车通行效率的高效性、自车在局部交通流中的换道行为的安全性和用户体验的舒适性；现有lca系统适用工况简单，驾驶员对系统的人工干预频率过高，不能有效地降低驾驶疲劳，使驾驶员仍处于精神高度紧张的状态。所以市场上需要一种适用于30km/h及以下，可以适应结构化道路下不同复杂工况的自动驾驶的换道控制方法及系统。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种适用于结构化道路的自主换道控制方法及系统，实现自动驾驶的目的。

本发明的技术方案是：一种适用于结构化道路的自主换道控制方法，包括以下步骤：

s01:计算最小换道安全距离；

s02:若最小换道安全距离小于相对距离，计算换道路径；

s03:根据换道路径计算换道感兴趣区域roi(regionofinterest)；

s04:根据感知系统反馈的局部交通信息，判断换道感兴趣区域roi中是否存在障碍物；

s05:若感兴趣区域roi中无障碍物或感兴趣区域roi中的障碍物无风险，根据全局参考路径计算侧后向感兴趣区域roi；

s06:若侧后向感兴趣区域roi中无障碍物或感兴趣区域roi中的障碍物无风险，执行换道动作。

在一个实施例中，最小换道安全距离计算方法为：

dmin＝thwlc*vhost+dsafe，其中，dmin为最小换道安全距离，vhost为自车速度，dsafe为安全距离,thwlc为为车头时距,可根据用户的驾驶偏好调整。

在一个实施例中，换道路径的计算方法包括：

根据三次多项式y＝ax³+bx²+cx+d计算实时换道路径，其中车体坐标x轴正方向为车头朝向，x的取值为dmin*n/n(n＝0,1,2,…,n-1),n为局部路径离散点数量，dmin为最小换道安全距离，y的幅值小于路宽。

在一个实施例中，换道感兴趣区域roi的计算方法包括：沿着换道路径的法线方向取一定宽度的区域为换道的感兴趣区域roi。

在一个实施例中，侧后向感兴趣区域roi的计算方法包括：以参考路径和自车为参考，取邻车道和自车车头后方的区域为侧后向的感兴趣区域roi。

在一个实施例中，根据计算的方向盘转角来执行换道动作，方向盘转角的计算方法为：结合单点预瞄模型控制方法，计算预瞄点(x1，y1)，其中，x1＝x0+dpre*cosθ，y1＝y0+dpre*sinθ，(x0，y0)为自车的实时坐标，dpre为自车预瞄距离，θ＝-courseangle+π/2,courseangle为自车的航向角，设置一个方向盘转角的pid控制器，其输入为e，e为预瞄点与途中预瞄点的距离，输出u为自车的方向盘目标转角。

本发明还提供一种适用于结构化道路的自主换道控制系统，包括以下模块：

感知模块，检测自车周围的局部交通状况，反馈检测到的障碍物信息；

定位模块，根据实时动态rtk及高清地图hdmap信息，对自车进行精准的定位；

全局路径规划模块，根据自车的起点、终点以及全局路网信息，规划出一条车道级的全局参考路径；

规划决策模块，结合参考路径、局部交通信息、车辆动力学，生成出一条最优的局部路径，根据该路径计算出目标车速及目标方向盘转角；

控制模块，控制车辆快速、稳定、精确的相应决策给出的控制目标。

本发明的优点是：本发明所设计的自主换道系统能有效解决自车通行效率的高效性、自车在局部交通流中的换道行为的安全性和用户体验的舒适性等多目标协调优化问题；适用更多复杂工况，降低驾驶员对系统的人工干预频率，有效地降低驾驶疲劳，使驾驶员处于相对松弛的精神状态。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例自主换道流程图；

图2为本发明实施例局部路径规划示意图；

图3为本发明实施例换道感兴趣区域示意图；

图4为本发明实施例侧后向感兴趣区域示意图；

图5为本发明实施例轨迹跟踪算法示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明针对结构化道路下的不同复杂工况进行合理的规划决策，给出适用于车速30km/h及以下不同复杂工况的最优换道路径(局部路径)，可实现车辆的通行高效性、车辆安全性，用户体验舒适性的多目标协调优化。

如图1所示，一种适用于结构化道路的自主换道控制方法，包括以下步骤：s01:计算最小换道安全距离；

s02:若最小换道安全距离小于相对距离，计算换道路径；

s03:根据换道路径计算换道感兴趣区域roi(regionofinterest)；

s04:根据感知系统反馈的局部交通信息，判断换道感兴趣区域roi中是否存在障碍物；

s05:若感兴趣区域roi中无障碍物或感兴趣区域roi中的障碍物无风险，根据全局参考路径计算侧后向感兴趣区域roi；

s06:若侧后向感兴趣区域roi中无障碍物或感兴趣区域roi中的障碍物无风险，执行换道动作。

上述实施例，具体的，最小换道安全距离计算方法为：

dmin＝thwlc*vhost+dsafe，其中，dmin为最小换道安全距离，vhost为自车速度，dsafe为安全距离,thwlc为车头时距，可根据用户的驾驶偏好调整；

在具体的实施例中，换道路径的计算方法为，如图2所示，根据三次多项式y＝ax³+bx²+cx+d计算实时换道路径，其中车体坐标x轴正方向为车头朝向，x的取值为dmin*n/n(n＝0,1,2,…,n-1),n为局部路径离散点数量，dmi为最小换道安全距离，y的幅值小于路宽。优选的，换道感兴趣区域roi的计算方法包括：如图3所示，沿着换道路径的法线方向取一定宽度的区域为换道的感兴趣区域roi。优选的，侧后向感兴趣区域roi的计算方法包括：如图4所示，以参考路径和自车为参考，取邻车道和自车车头后方的区域为侧后向的感兴趣区域roi。优选的，根据计算的方向盘转角来执行换道动作，方向盘转角的计算方法为：如图5所示，结合单点预瞄模型控制方法，计算预瞄点(x1，y1)，其中，x1＝x0+dpre*cosθ，y1＝y0+dpre*sinθ，(x0，y0)为自车的实时坐标，dpre自车预瞄距离，θ＝-courseangle+π/2,courseangle为自车的航向角，设置一个方向盘转角的pid控制器，其输入为e，e为预瞄点与途中预瞄点的距离，输出u为自车的方向盘目标转角。

本发明还提供一种适用于结构化道路的自主换道控制系统，包括以下模块：

感知模块，检测自车周围的局部交通状况，反馈检测到的障碍物信息；

定位模块，根据实时动态rtk及高清地图hdmap信息，对自车进行精准的定位；

全局路径规划模块，根据自车的起点、终点以及全局路网信息，规划出一条车道级的全局参考路径；

规划决策模块，结合参考路径、局部交通信息、车辆动力学，生成出一条最优的局部路径，根据该路径计算出目标车速及目标方向盘转角；

控制模块，控制车辆快速、稳定、精确的相应决策给出的控制目标。

具体的自主换道控制过程可以按如下步骤:

启动自主换道控制系统，并由主系统启动各个模块；

由定位模块，根据rtk及hdmap信息，对自车进行精准的定位；

输入目的地，由全局路径规划模块，根据自车的当前坐标和姿态、目的地坐标以及全局路网信息，规划出一条车道级的全局参考路径；

进入自动驾驶模式，自车沿着全局参考路径进行循迹行驶；

在循迹过程中，由感知模块，检测自车周围的局部交通状况，反馈检测到的障碍物信息；

当出现障碍物时，系统计算最小换道距离，判断是否存在换道风险；

若无换道风险，系统进行换道路径计算(局部路径规划)；

根据换道路径计算roi，并判断是都存在换道风险；

若无换道风险，系统再次进行侧后向的roi计算，并判断是否存在换道风险；

若无换道风险，执行换道动作；

若存在换道风险，系统进入纵向避撞控制。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。