变换车道决策与轨迹规划方法与流程

本发明涉及一种应用在车辆的决策与轨迹规划方法，尤其涉及一种应用在车辆上的变换车道决策与轨迹规划方法。
背景技术：
：为了提升车辆驾驶便利性以及安全性，各家车厂纷纷开发出自动驾驶汽车，用以辅助驾驶者驾驶车辆。其中，主要通过在车辆上装设多个不同的感测器，如雷达、影像撷取装置(如摄影机)或gps，并通过车用电脑内的影像辨识软件等软件工具，对撷取到的影像进行处理，而得到与前车相对位置、相对距离、车道线宽度、车道线位置等，并且可进一步根据雷达所感测到的与前车间的速度等数据，进行处理，藉此让车辆可自动进行主动式定速巡航系统(acc)，以达到自动跟车、车道偏离警示，并且可再结合自动紧急刹停系统(aeb)，通过盲点感测和汽车防撞系统，藉此提供驾驶者车辆辅助。目前各家车厂均有开发在高速行驶(60公里/小时(以下简称km/hr)以上)的情况下，提供车道变换辅助，使车辆根据驾驶者所切换的方向灯的方向，自动辅助车辆进行车道变换，然而，该车道变换辅助并无应用在低速行驶(低于60km/hr)的情况。技术实现要素：有鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种变换车道决策与轨迹规划方法，主要是根据汽车当前行驶速度及车辆环境状况产生一九宫格区块供确认车辆范围内的其他车辆的行驶状况，并判断与其他车辆间的相对距离符合一安全移动决策时，则产生一移动规划路径，供车辆依据该移动规划路径变换车道，以在任何速度下皆能以最安全的车道变换空间提供车道变换辅助，藉此达到提升车道变化方便性及安全性的目的。为了达成上述目的所采取的技术手段，是令前述变换车道决策与轨迹规划方法，应用在一车辆，并由该车辆的一车用电脑接收该车辆上多个感测器所感测到的数据，并由该车用电脑执行以下方法：接收多个行驶速度感测数据及多个环境状态感测数据，并产生对应的行驶速度时间排序信息及环境状态时间排序信息；根据该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息，产生对应该车辆周围距离的一九宫格区块；根据接收到的一方向灯开启信号，从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息分别选取一时间区段的多个数据，并根据选取的数据与该九宫格区块产生至少一车道变换空间；由一决策模式判断该车道变换空间符合一安全移动决策，则产生一移动规划路径。根据上述方法可知，根据车辆的行驶速度及环境状态，产生对应的九宫格区块，并且在接收到该方向灯开启信号时，从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息分别选取多个数据，并与该九宫格区块产生该车道变换空间，其中该车道变换空间是与车辆同一车道的前、后车或者要变换车道的目标车道的前车、后车的一最安全的刹车距离，并由该决策模式判断该车道变换空间符合一安全移动决策，则产生该移动规划路径，并控制车辆变换车道，本发明的九宫格区块是根据车辆的行驶速度及环境状态而调整，藉此不论在高于60km/hr的高速或低于60km/hr的低速的速度下可提供对应的九宫格区块，并根据要变换的车道、在九宫格区块内周围其他车辆的状况，判断要变换的车道有足够的安全空间，进而以最安全的车道变换空间提供车道变换辅助，藉此达到提升车道变化方便性及安全性的目的。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。附图说明图1：本发明较佳实施例的第一九宫格示意图；图2：本发明较佳实施例的第二九宫格示意图；图3：本发明较佳实施例的第一应用示意图；图4：本发明较佳实施例的梯形轨迹示意图；图5：本发明较佳实施例的移动距离示意图；图6：本发明较佳实施例的第二应用示意图；图7：本发明较佳实施例的方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：关于本发明变换车道决策与轨迹规划方法请参考图1、2所示，是应用在一车辆10上，并由该车辆上的一车用电脑执行该方法，以辅助车辆进行车道变换决策及转弯轨迹规划。该车辆10上装设有多个不同感测器如雷达、影像撷取装置(如摄影机)或gps(globalpositioningsystem,gps,全球定位系统)等感测器，当该车辆10行驶在一道路20上时，由该车辆10上的感测器感测车辆周围环境、行驶速度，并通过该车用电脑内的影像辨识软件对撷取到的影像进行处理，而得到周围车辆位置、距离、车速、车道线宽度、车道线位置等信息。该道路20由多条车道线201区隔出一中间车道21、一外侧车道22及一内侧车道23，其中，该道路仅是举例并非加以限制；以图1方向为例，该中间车道21下方(车辆沿道路方向行驶时的右侧)为该外侧车道22，该中间车道21上方(车辆沿道路方向行驶时的左侧)为该内侧车道23，该车辆10沿道路方向行驶的方向为纵向方向，该纵向方向包括车辆前侧的一第一方向202与后侧的一第二方向203，该车辆10变换车道的方向为横向方向，该横向方向包括车辆向该外侧车道22偏移的一第三方向204及向该内侧车道23偏移的一第四方向205。以下以该车辆10行驶在该中间车道21上举例说明，通过该车辆10上的感测器感测多个行驶速度感测数据及多个环境状态感测数据，其中，多个行驶速度感测数据包括该车辆10与周围其他车辆的相对纵向速度、相对横向加速度及相对加速度、该车辆10的纵向车速、横向车速及周围车辆的纵向车速及横向车速等信息；该多个环境状态感测数据包括该中间车道21的车道宽度、该外侧车道22的车道宽度、该内侧车道23的车道宽度，以及车辆范围内有其它车辆存在位置的感测等信息。由于该车辆10的感测器是每隔一感测时间会进行感测，并传送到该车用电脑，因此，该车用电脑根据一时间序列排序，将各行驶速度感测数据、各环境状态感测数据分别依据该感测时间进行数据的顺序排序，以各别处理成一行驶速度时间排序信息及一环境状态时间排序信息，以供该车用电脑判断需要变换车道时，方便直接撷取部分时间区段的数据使用，所以，进一步举例如下表格，以简述如何处理成时间排序信息：信息\感测时间t1t2t3第一次变换车道的纵向速度vlongitudinal_11vlongitudinal_12vlongitudinal_13第二次变换车道的纵向速度vlongitudinal_21vlongitudinal_22由于，每一次变换车道的时间所撷取到的数据对该车用电脑而言均是不同长度的时序数据，为了让该车用电脑能将如第一次变换车道的纵向速度在t1～t3时间所分别感测到的vlongitudinal_11、vlongitudinal_12、vlongitudinal_13数据视为同一笔处理数据，因此，通过该时间序列排序将第一次车道变换的纵向速度的数据以时间排序为如[vlongitudinal_11vlongitudinal_12vlongitudinal_13]的时间序列排序信息，而第二次变换车道的纵向速度数据也是以时间排序为如[vlongitudinal_21vlongitudinal_22]的时间序列排序信息。然而，对于每一次变换车道的时间都不相同，所以撷取的数据量也不同，如第一次变换车道时的纵向速度撷取到t1～t3时间的数据，但是第二次变换车道时的纵向速度仅撷取到t1～t2时间的数据，所以两次变换车道的纵向速度的信息长度并不相同，导致该车用电脑无法有效处理，为了让该车用电脑能有效进行信息处理，会通过一信息归一化，将两次变换车道的纵向速度的信息长度分别与一预设信息长度比较，例如该预设信息长度数据量是三个数据但不以此为限，所以第一次变换车道的纵向速度的信息长度与该预设信息长度比较是相同，但是，第二次变换车道的纵向速度的信息长度只有两个数据量，所以第二次变换车道的纵向速度的信息长度小于该预设信息长度，因此，将第二次变换车道的纵向速度在t3感测时间加上一”none”的数据，其中，该”none”代表一空值数据，藉此设定该第二次变换车道的纵向速度在t3感测时间的数据为一空值数据，以表示没有侦测到数据，因此，第二次变换车道的纵向速度的时间序列排序信息为[vlongitudinal_21vlongitudinal_22none]，换句话说，就是将第二次变换车道的纵向速度中没有感测数据的感测时间点加入该空值数据，使得每一次供该车用电脑处理的变换车道的时间序列排序信息的信息长度均与该预设信息长度相同，以方便后续信息处理。通过前述时间序列排序及信息归一化将多个行驶速度感测数据及多个环境状态感测数据，处理成多个行驶速度时间排序信息及多个环境状态时间排序信息，该车用电脑根据该多个速度时间排序信息及多个环境状态时间排序信息产生对应车辆周围的一九宫格区块30，以用来对应该中间车道21、该外侧车道22及该内侧车道23。该九宫格区块30包括分别呈矩形的一第一区块31、一第二区块32、一第三区块33、一第四区块34、一第五区块35、一第六区块36、一第七区块37、一第八区块38及一第九区块39，该第一到第八区块31～38是环绕在该第九区块39的周围，该第九区块39对应该车辆10所在位置。该第一区块31、该第四区块34及该第六区块36位在该车辆10的第一方向202上，该第一区块31对应该外侧车道22、该第四区块34对应该中间车道21及该第六区块36对应该内侧车道23，该第二区块32位在该车辆10的第三方向204上并对应该外侧车道22，该第七区块37位在该车辆10的第四方向205上并对应该内侧车道23，该第三区块33、该第五区块35及该第八区块38位在该车辆10的第二方向203上，该第三区块33对应该外侧车道22、该第五区块35对应该中间车道21及该第八区块38对应该内侧车道23。需特别说明的是，该九宫格区块30是根据持续感测到的多个行驶速度感测数据及多个环境状态感测数据产生。其中，该九宫格区块30的每一个区块的范围随该车辆10的速度变化而有所改变。在本实施例中，该九宫格区块30中的第一区块31、第四区块34及第六区块36的范围是由各区块的纵向长度与横向长度构成，而横向长度为车道宽度，该第一区块31、该第四区块34及该第六区块36范围的纵向长度是根据下列公式计算出来：其中，dfront：车辆前侧的九宫格区块范围的纵向长度；dbreak：车辆与前车的刹车距离；车辆与前车的最短安全距离；vego：车辆纵向车速；vfront：前车纵向车速；timelc：车辆变换车道的时间。其中，dbreak是由以下公式计算所得：dbreak＝vego×(tb+ttr)+lego；其中，tb：和前车的碰撞时间(timetobreaking,tb)；ttr：反应时间(timetoreact)，是根据欧盟新车安全评鉴协会(europeannewcarassessmentprogramme,euronacp)所制定驾驶者的反应时间。其中，tb是由以下公式计算所得：其中，s：和前车的相对纵向距离；vr：和前车的相对纵向速度；ar：和前车的相对加速度，其中，ar＝-0.4g，g＝9.8。其中，是由以下公式计算所得：其中，timelc是由以下公式计算所得：timelc＝2t1+2t2；其中，t1：第一变换车道加速度时间；t2：第二变换车道加速度时间。其中，t1是由以下公式计算所得：其中，a：侧向加速度，在本实施例中，a是一个设定值，可根据实际状况设定，其中，较佳地a值可以是数值1.5，但不以此为限；j：急跳度，其中，j是一个设定值，可根据实际状况设定，其中，较佳地j值可以是数值3，但不以此为限；其中，t2是由以下公式计算所得：yeva：车道宽度。在本实施例中，该九宫格区块30中的第二区块32及第七区块37的范围是由各区块的纵向长度与横向长度构成，而横向长度为车道宽度，该第二区块32及该第七区块37范围的纵向长度是根据下列公式计算出来：其中，dego：车辆在横向方向两侧的九宫格区块范围的纵向长度。在本实施例中，该九宫格区块30中的第三区块33、第五区块35及第八区块38的范围是由各区块的纵向长度与横向长度构成，而横向长度为车道宽度，该第三区块33、该第五区块35及该第八区块38范围的纵向长度是根据下列公式计算出来：dback＝dmin+max{vbreak-vego,0}×timelc；其中，dback：车辆后侧的九宫格区块范围的纵向长度；dmin：和后车的最小安全距离，其中，vback：后车纵向车速；当该车辆10的车用电脑产生该九宫格区块30后，请一并参考图3所示，当该车辆10的车用电脑接收到一方向灯开启信号如左方向灯开启信号，该车用电脑则从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息中分别选取一时间区段内的多个数据，并且根据所选取的数据与该九宫格区块30产生至少一车道变换空间，供车用电脑判断，该车用电脑根据一决策模式判断该车道变换空间符合一安全移动决策时，在该九宫格区块30上产生一安全距离标示301，并根据一梯形加速度轨迹产生一移动规划路径302，由该车用电脑控制该车辆10依循该移动规划路径302从该中间车道21变换到该内侧车道23。具体来说，例如当感测到如在第四区块34有一前车40，而想从中间车道21变换车道至内侧车道23时，该车用电脑则在接收到该方向灯开启信号时，根据所选取的数据及该九宫格区块30计算该车道变换空间，并通过该决策模式判断该车道变换空间是否符合该安全移动决策，该车道变换空间是指在该第四区块34内该车辆10与该前车40之间的一最安全的刹车距离，当该车辆10与该前车40之间的车道变换空间符合该安全移动决策，会在该第四区块34内标示供车用电脑判断的安全距离标示301，并产生移动规划路径302。在本实施例中，从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息撷取该时间区段的数据的方式是指，该车用电脑接收到该方向灯开启信号的当下，从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息寻找对应接收到该方向灯开启信号的时间点，并由该时间点往前撷取该时间区段内的数据，该时间区段可根据需求设定如0.4秒的时间区段，但不以此为限。在本实施例中，由于该方向灯开启信号为一持续输出的脉冲信号，因此，该车用电脑在每一次接收到该方向灯开启信号时，均会重新从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息中分别选取该时间区段的多个数据，并根据该九宫格区块30产生至少一车道变换空间，直到该车用电脑没有再接收到该方向灯开启信号。在本实施例中，该决策模式为一类神经决策模型，是根据测试时的多个行驶速度感测数据及多个环境状态感测数据，对应产生测试的九宫格区块，并同样产生该车道变换空间后，判断为安全空间距离，即储存为一安全移动决策，藉此根据不同状况训练出一个或多个安全移动决策，因此，该类神经决策模型的神经节点是根据行驶速度感测数据、环境状态感测数据、九宫格区块、车道宽度及方向灯开启信号的参数数量建立。其中，该移动规划路径302的规划方式，请一并参考图4、5所示，根据该车用电脑接收到该方向灯开启信号后，该车用电脑根据t1、t2、该车辆10的纵向车速及车道宽度通过一梯形加速度轨迹模型产生该移动规划路径。其中，该移动规划路径包括有一纵向移动距离及一侧向移动距离，计算该车辆10变换车道所需的纵向移动距离的计算公式如下：rlps＝vego×timelc；其中，rlps：变换车道纵向移动距离；该侧向移动距离即为该车道宽度yeva。在本实施例中，假设(second,s)、yeva＝3.5m、t1＝0.5s、t2＝1.31s、rlps＝60.3m，但不以此为限，并且通过如图4的梯形加速度轨迹模型，首先0～t1的时间范围是该车辆10开始侧向移动，并在该车辆10从该中间车道21移动到该内侧车道23的正中间后，会维持t1～t2的稳定时间范围后，进行t2～2t1+t2的方向盘修正时间后，再维持2t1+t2～t1+2t2稳定时间范围后，再进行t1+2t2～2t1+2t2的方向盘修正时间，而得知该车辆10转动时的车辆加速度变化，并根据图5的纵向移动距离rlps及侧向移动距离yeva产生该移动规划路径。在本实施例中，当该车辆10根据该移动规划路径而变换车道时，会转动方向盘而产生一方向盘信号，该车用电脑判断该方向盘信号的转动值是否超过一转动设定值，若是，则视为该车辆10已经开始变换车道，并在接收到一方向灯关闭信号时，该车用电脑删除判断该方向盘信号达到该转动设定值的时间点与接收到该关闭方向灯关闭信号的时间点内的行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息。在本实施例中，请参考图6所示为另外一应用示意图，该车辆10感测到该第四区块34具有该前车40且该第三区块33具有一后车50而要变换车道，该车辆10的车用电脑会接收一方向灯开启信号为右方向灯开启信号，即该车辆10欲从该中间车道21变换车道至该外侧车道22，该车用电脑会从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息中分别选取该时间区段内的多个数据，并且根据所选取的数据与该九宫格区块30产生对应在该第四区块34的一车道变换空间，以及对应在该第三区块33的一车道变换空间，该车用电脑根据该决策模式判断上述二车道变换空间是否符合一安全移动决策，若是，则会在该第四区块34上标示一第一安全距离标示301a，以及在该第三区块33上标示一第二安全距离标示301b，并且对应产生一移动规划路径302a，以控制该车辆10循该移动规划路径302从该中间车道21变换车道至该外侧车道22。通过上述内容可知，藉由在该车辆10需要变换车道前，先根据感测到的周环环境数据及车辆状态数据，判断该车辆10要变换的车道及当前行使的车道间是否具有足够的安全空间供该车辆10变换车道，藉由判断该车辆变换车道所需要的安全空间，让该车辆10可以在任何车速下皆能以最安全的车道变换空间提供车道变换辅助，藉此达到提升车道变化方便性及安全性的目的。根据上述内容，进一步归纳本发明变换车道决策与轨迹规划方法的流程示意图，如图7所示，是由该车辆10的车用电脑执行以下步骤：接收该多个行驶速度感测数据及该多个环境状态感测数据，并产生对应的行驶速度时间排序信息及环境状态时间排序信息(s61)；根据该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息，产生对应车辆周围距离的九宫格区块30(s62)；接收该方向灯开启信号，从该多个行驶速度时间排序信息及该多个环境状态时间排序信息分别选取该时间区段内的多个数据，根据所选取的数据及该九宫格区块30产生至少一车道变换空间(s63)；由该决策模式判断该车道变换空间符合该安全移动决策，则产生该移动规划路径(s64)。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。当前第1页12