自主车辆的路径规划装置及方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2016年5月3日提交的韩国专利申请第10-2016-0054595号的优先权的权益，通过引用将其公开内容全部结合于本文中。

本公开内容涉及自主车辆的路径规划装置和方法，其生成自主车辆变道的行驶路径和速度变化图(velocityprofile，速度分布图)。

背景技术：

自主驾驶系统是即使在没有车辆操作员的输入的情况下，能够通过识别周围环境和车辆状态而自主驾驶到达预定目的地。这种自主驾驶系统执行以下操作：识别、确定以及路径生成；以及车辆控制。在路径生成操作中，可能需要通过检测障碍物的变化而实时生成避障路径，并生成应用了车辆的运动行为的路径。

具体地，当自主车辆尝试在市区、交通拥堵区域以及在交通实时变化的高速公路上进行变道时，可能发生各种危险的情况，因此，重要的是生成考虑了与车辆周围的动态障碍物的碰撞的安全行驶路径。因此，持续进行研究以生成允许自主车辆稳定地进行变道的行驶路径。

技术实现要素：

本公开内容提供了用于自主车辆的路径规划装置和方法，其生成用于该自主车辆变道的安全行驶路径和速度变化图。通过确定相对于车辆周围的动态障碍物的碰撞风险程度来生成安全行驶路径，并且速度变化图使车辆不与动态障碍物碰撞地进行变道。

根据本公开内容的一个方面，一种用于自主车辆的路径规划装置包括：周围环境信息检测器，被配置为检测车辆周围的周围环境信息；车辆信息检测器，被配置为检测有关车辆的行驶状态的车辆信息；车辆行为确定器，被配置为基于周围环境信息和车辆信息确定车辆行为；以及行驶路径生成器，被配置为当从车辆行为确定器接收变道信号时，使用周围环境信息和车辆信息生成用于变道的行驶路径和速度变化图。

周围环境信息检测器可以被配置为使用成像设备、距离传感器以及位置传感器来检测周围环境信息。周围环境信息可以包括有关车辆的道路信息，以及车辆周围的动态障碍物的速度、纵向加速度、横向加速度以及位置。车辆信息检测器可以进一步被配置为使用速度传感器和位置传感器来检测车辆的速度和位置。车辆行为确定器可以被配置为当车辆的操作者操纵转向信号灯时，将关于车辆的操作者操纵而生成的信号传送至行驶路径生成器。

行驶路径生成器可以包括：候选路径生成模块，被配置为生成行驶车道候选路径以及目标车道候选路径；碰撞风险计算模块，可被配置为针对每个目标车道候选路径计算与位于车辆周围的动态障碍物的碰撞风险程度。速度变化图生成模块，被配置为使用周围环境信息信息以及车辆信息生成速度变化图；以及路径选择模块，被配置为基于碰撞风险程度或者基于碰撞风险程度和速度变化图两者来从目标车道候选路径中选择局部参考路径。

路径选择模块可以被配置为选择目标车道候选路径中具有最低碰撞风险程度的候选路径，作为局部参考路径。路径选择模块可以进一步被配置为通过成本函数来选择具有最低成本的候选路径作为局部参考路径，该成本函数应用了碰撞风险程度以及接近目标路径的程度。当变道失败时，路径选择模块可以被配置为选择行驶车道候选路径中最接近目标车道的候选路径，作为局部参考路径。

根据本公开内容的另一方面，一种用于自主车辆的路径规划方法可以包括以下步骤：从车辆行为确定器接收变道信号；当变道信号被接收时，生成行驶车道候选路径以及目标车道候选路径；针对每个目标车道候选路径计算与位于车辆周围的动态障碍物的碰撞风险程度；基于所计算的碰撞风险程度来确定是否所有目标车道候选路径中都存在碰撞风险；当在目标车道候选路径中存在碰撞风险时，基于车辆速度和目标速度生成车辆的速度变化图；并且从应用了速度变化图的目标车道候选路径中选择局部参考路径。

选择局部参考路径可包括以下步骤：针对应用了速度变化图的每个目标车道候选路径计算与动态障碍物的碰撞风险程度；确定在应用了速度变化图的目标车道候选路径中是否存在碰撞风险；并且当在应用了速度变化图的目标车道候选路径中的一个或多个候选路径中都不存在碰撞风险时，选择应用了速度变化图的目标车道候选路径中具有最低的碰撞风险程度的候选路径，作为局部参考路径。

路径规划方法可进一步包括：当在确定在应用了速度变化图的目标车道候选路径中是否存在碰撞风险中，应用了速度变化图的目标车道候选路径中存在碰撞风险时，返回原始的行驶车道。路径规划方法可进一步包括：当返回到原始行驶车道时，选择行驶车道候选路径中的最接近目标车道的候选路径，作为局部参考路径。

路径规划方法可进一步包括：在返回到原始行驶车道之后，通过估测阻碍车辆变道的动态障碍物的速度，以及基于所述动态障碍物的所估测的速度用预定速度控制率来调整所述车辆的速度，来设定目标速度。路径规划方法可进一步包括：在计算与动态障碍物的碰撞风险程度之后，当在所有目标车道候选路径中都不存在碰撞风险时，考虑与动态障碍物的碰撞风险程度以及接近目标路径的程度，选择任何一个目标车道候选路径，作为局部参考路径。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，本公开内容的以上目的和其它的目的、特征及优点将更加显而易见：

图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于自主车辆的路径规划装置的框图；

图2示出了根据本公开内容的示例性实施方式的生成候选路径的示例；

图3示出了根据本公开内容的示例性实施方式的确定与相邻车辆发生碰撞的过程；

图4示出了根据本公开内容的示例性实施方式的应用了速度变化图的候选路径；

图5a至图5b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的选择局部参考路径的过程；以及

图6示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于自主车辆的路径规划方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其它类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船和海船的船只，航天器等，以及包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机(combustion)、插入式混合电动车辆、氢动力车辆及其它替代燃料车辆(例如，燃料来源于除石油以外的资源)。

尽管示例性实施方式被描述为利用多个单元来执行示例性处理，但是应当理解的是，还可由一个或者多个模块执行该示例性处理。此外，应理解的是，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置为存储模块，并且该处理器被具体地配置为执行所述模块以执行下文中进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可被体现为计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，计算机可读介质包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于，rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡以及光数据存储装置。计算机可读介质还可分布在网络耦合的计算机系统中，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(can)以分布式的方式存储并执行该计算机可读介质。

本文中利用的术语仅出于描述具体实施方式目的而并非旨在限制本发明。除非上下文中明确指出不同，否则本文中所利用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”及“该(the)”还旨在包括复数形式。将进一步理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”在用于此说明书中时指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任意以及所有组合。

根据本发明内容的示例性实施方式，当自主车辆在闹市区进行变道时，可以通过预测相邻车辆的行驶路径，确定与相邻车辆的碰撞风险，并且避开与相邻车辆碰撞来生成自主车辆的行驶路径和速度变化图。自主车辆可以选择用于追踪全局路径(由全局路径规划器生成)的候选的局部路径中的任何一个作为局部参考路径(lrp)。换言之，局部参考路径是指自主车辆的行驶路径。

在下文中，参照附图对本公开内容的示例性实施方式进行详细描述。

图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于自主车辆的路径规划装置的框图；图2示出了根据本公开内容的示例性实施方式的生成候选路径的示例；图3示出了根据本公开内容的示例性实施方式的确定与相邻车辆发生碰撞的处理；图4示出了根据本公开内容的示例性实施方式的应用了速度变化图的候选路径；以及图5a至图5b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的选择局部参考路径的处理。

如图1所示，用于自主车辆的路径规划装置可以包括周围环境信息检测器110、车辆信息检测器120、车辆行为确定器130、存储器140、输出端150以及行驶路径生成器160(例如，导航系统)。可以由具有存储器和处理器的控制器来执行装置的各种检测器和组件。具体地，周围环境信息检测器110可以被配置为使用安装在车辆内的各种类型的传感器来检测车辆的周围环境信息。周围环境信息可以包括道路信息，以及车辆周围的动态障碍物的速度、纵向加速度、横向加速度以及位置。

周围环境信息检测器110可以进一步被配置为使用图像传感器、距离传感器、位置传感器等来获得周围环境信息。距离传感器可以是红外传感器、无线电探测和测距(雷达)传感器、光探测和测距(lidar)传感器、激光扫描仪等中的任何一个，并且位置传感器可以是能够获得车辆的位置信息的全球定位系统(gps)接收器。可以在车辆内安装一个或多个图像传感器、一个或多个距离传感器以及一个或多个位置传感器。

车辆信息检测器120可以被配置为使用安装在车辆内的各种类型的传感器来检测关于车辆的行驶状态的车辆信息。车辆信息检测器120可以被配置为使用速度传感器、位置传感器、转向角传感器等获取车辆信息，例如车辆的速度、位置、转向角等。车辆行为确定器130可以被配置成基于由全局路径规划器(未示出)生成的全局路径、周围环境信息以及车辆信息来确定车辆行为。车辆行为确定器130可被配置为确定车辆是否应该进行变道。车辆行为确定器130可进一步被配置为基于是否需要进行变道来确定车辆的行为模式。具体地，行为模式可以被分成保持车道模式和变道模式。

例如，车辆行为确定器130可以被配置成当车辆在交叉口(jc)改变到另一个高速公路或在道路互通式立体交叉(ic)进入高速公路时，确定是否需要进行变道。当需要改变车道时，车辆行为确定器130可被配置为确定用于变道的目标车道，并将变道信号与关于车辆的当前行驶车道和目标车道的信息一起发送给行驶路径生成器160。具体地，车辆行为确定器130可以被配置为通知行驶路径生成器160该车辆的行为模式。当由车辆操作者操纵转向信号灯时，车辆行为确定器130可被配置为将关于操作者的操纵而生成的信号传送至行驶路径生成器160。

存储器140可被配置为存储道路信息、地图信息、路径生成程序、碰撞风险计算程序、速度变化图生成程序、行驶路径生成器的输入和/或输出数据等以用于车辆的自主驾驶。此外，存储器140可以被配置为存储用于操作路径规划装置的程序。存储器140可以被设置为诸如闪速存储器、硬盘、安全数字(sd)卡、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)，以及网络存储器的存储介质中的至少一个。

输出端150可以与导航系统(未示出)连接，以执行对地图数据上的所选定的局部参考路径的映射，并在屏幕上显示映射结果。输出端150可被设置为音频设备、显示设备以及触觉设备的至少一个。音频设备可被配置成输出警告声音、指引消息等，并且可被设置为扬声器、蜂鸣器等。显示设备也可以被设置为液晶显示器(lcd)、薄膜晶体管液晶显示器(tftlcd)、有机发光二极管(oled)、柔性显示器、三维(3d)显示器、透明显示器、头戴式显示器(hud)以及触摸屏中的至少一个。触觉设备可以被配置为使用振荡器、冷却和/或加热设备等输出由车辆的操作者可以感觉到的触觉信息。

行驶路径生成器160可被配置为生成用于追踪由全局路径规划器(未示出)预定的全局路径的局部参考路径(在本文中，称为“局部路径”)。当行驶路径生成器160从车辆行为确定器130接收变道信号时，行驶路径生成器160可以被配置为使用周围环境信息和车辆信息，生成用于变道的局部路径(行驶路径)以及速度变化图，同时车辆避免与相邻车辆或者与接近对象车辆(例如，被驾驶的车辆)的车辆发生碰撞。

当生成行驶路径(局部路径)时，行驶路径生成器160可以被配置成基于车辆的机动模式生成不同的行驶路径。具体地，机动模式可以被分成保持车道模式和变道模式。例如，当车辆的机动模式处于保持车道模式时，行驶路径生成器160可以被配置为生成在车辆的当前行驶车道内的候选路径，并选择任何一个候选路径作为局部路径。而当车辆的机动模式是变道模式时，行驶路径生成器160可以被配置为分别生成关于车辆的当前行驶车道的候选路径以及关于用于变道的目标车道的候选路径，并且选择候选路径中最安全的路径作为局部路径。

行驶路径生成器160可以包括候选路径生成模块161、碰撞风险计算模块163、速度变化图生成模块165，以及路径选择模块167。当从车辆行为确定器130接收到变道信号时，行驶路径生成器160还可以被配置成接收关于车辆的当前行驶车道和用于变道的目标车道的信息。

进一步地，候选路径生成模块161可被配置为计算车道宽度，并生成使自主车辆不偏离相应的车道的候选路径。具体地，候选路径生成模块161可被配置为基于车道宽度和车辆宽度确定候选路径的数目，并且偏移的间隔可以相应地有所不同。候选路径生成模块161可以被配置为将车道的两条车道线移动基于车道的中心设置的余量，并且随后计算车道线之间的最小距离作为车道宽度。候选路径生成模块161可以被配置为分别生成关于车辆的当前行驶车道的候选路径以及关于用于变道的目标车道的候选路径。具体地，候选路径生成模块161可以被配置为生成预定数量的候选路径。

另外，当车辆的机动模式是保持车道模式时，候选路径生成模块161可以被配置为生成在车辆的当前行驶车道内的候选路径，并且当车辆的机动模式是变道模式时，候选路径生成模块161可被配置为分别生成相对于当前行驶车道的候选路径以及相对于目标车道的候选路径。当变道失败时，在变道模式下生成的相对于当前行驶车道的候选路径可用于生成避免与动态障碍物碰撞的路径。

如图2所述，例如，候选路径生成模块161可以被配置为生成在行驶车道内的候选路径(例如，行驶车道候选路径)，以及用于从行驶车道移动到目标车道的候选路径(例如，目标车道候选路径)。碰撞风险计算模块163可被配置为使用从周围环境信息检测器110和车辆信息检测器120输出的周围环境信息、道路信息以及车辆信息，计算与动态障碍物(例如，相邻的车辆)的碰撞风险程度。具体地，碰撞风险计算模块163可被配置为针对每个目标车道候选路径计算与动态障碍物的碰撞风险程度。当碰撞风险程度大于或等于阈值时，碰撞风险计算模块163可以被配置为确定存在碰撞的风险。

碰撞风险计算模块163可以被配置为使用有关动态障碍物的速度、纵向加速度、横向加速度以及位置的信息，以及由周围环境信息检测器110获得的道路信息来预测动态障碍物的行驶路径。当预测了动态障碍物的行驶路径时，碰撞风险计算模块163可以被配置为预测每t秒的车辆的位置以及动态障碍物的位置，以确定是否有碰撞的风险(见图3)。随着碰撞时间(ttc)减小，碰撞风险程度可能增大。

此外，速度变化图生成模块165可被配置为使用车辆速度、所设定的目标速度以及道路信息来生成车辆的速度变化图。此外，如在图4中所示，速度变化图生成模块165可以被配置为将速度变化图应用到所生成的目标车道候选路径。目标速度指的是当完成变道时的车辆速度，且在相应道路上的规定速度可以被设置为默认值。通过减小或增大车辆速度，该速度变化图可以被用于找到允许车辆进行变道的速度，而不会与动态障碍物碰撞。

当在所有的目标车道候选路径中存在与动态障碍物的碰撞风险时(即使速度改变)，速度变化图生成模块165可被配置为搜索车辆周围的动态障碍物(例如，对象车辆)，并且测量阻碍变道的动态障碍物的速度。此外，速度变化图生成模块165可以被配置为将速度设定为相对于动态障碍物的所测量的速度减小了tbd％(待定)，作为目标速度。具体地，tbd％是速度控制率，这是预定的调整值。换句话说，当变道失败时，速度变化图生成模块165可以被配置为用速度控制率(tbd％)调整车辆的速度，从而调整目标速度(＝动态障碍物的速度×tbd％)。

因此，当车辆以低于阻碍变道的相邻车辆的速度行驶时，当空间可用于变道时，车辆可能再次尝试变道。路径选择模块167可以被配置为基于碰撞风险程度以及接近目标路径的程度来选择候选路径中的局部路径。具体地，路径选择模块167可被配置为使用由下面的等式1所表示的成本函数选择候选路径中具有最低成本min(λ)的候选路径作为局部路径；

等式1：

λ＝α×dtolrp+β×ρmax

其中，α和β表示根据参数的权重；dtolrp表示从车辆的中心到局部路径的距离，这是接近目标路径的程度；并且，ρmax指示与动态障碍物的碰撞风险程度。

如在图5a中所示，当不存在与相邻车辆的碰撞风险时，可以选择引导车辆到关于目标车道的候选路径中的在目标车道的中心的路径作为目标路径，并且可以选择具有最接近于目标路径的程度的候选路径作为局部路径。如在图5b中所示，当由于与相邻的车辆的碰撞风险使变道失败时，路径选择模块167可被配置为从在当前行驶车道内生成的候选路径中选择最接近目标车道的路径。行驶路径生成器160可以被配置为将所选择的行驶路径输出到驱动控制装置(未示出)。该驱动控制装置可以被配置为操作发电设备、输电设备、驱动设备、转向系统、制动设备、悬挂系统、变速装置等，来控制车辆沿着选定的局部路径行驶。

图6示出了根据本公开内容的示例性实施方式的自主车辆的路径规划方法的流程图。在操作s110中，行驶路径生成器160可以被配置为从车辆行为确定器130接收变道信号。具体地，当发送变道信号时，车辆行为确定器130可以被配置为还将关于当前行驶车道和用于变道的目标车道的信息提供给行驶路径生成器160。例如，当在第一高速公路上行驶的车辆在邻近的交叉口(jc)从第一高速公路改变到第二高速公路时，车辆行为确定器130可被配置为检查车辆的当前行驶车道，并确定是否需要变道来进入交叉口。另外，当需要变道时，车辆行为确定器130可以被配置为将变道信号以及有关当前行驶车道和目标车道的信息发送给行驶路径生成器160。

在操作s120中，当行驶路径生成器160接收到变道信号时，行驶路径生成器160可以被配置为生成相对于行驶车道和相对于目标车道的候选路径。行驶路径生成器160的候选路径生成模块161可以被配置为生成车辆当前所在的行驶车道内的候选路径(以下简称为“行驶车道候选路径”)。此外，候选路径生成模块161可以被配置为生成候选路径(以下，称为“目标车道候选路径”)，用于从行驶车道变道到目标车道。具体地，当变道失败时，行驶车道候选路径可以用于使车辆返回原始行驶车道。

在操作s130中，行驶路径生成器160可被配置为计算在变道期间与动态障碍物(例如，相邻车辆)的碰撞风险程度。行驶路径生成器160的碰撞风险计算模块163可被配置为针对每个目标车道候选路径计算与动态障碍物碰撞的风险的程度。然后在操作s140中，行驶路径生成器160可以被配置为基于所计算的碰撞风险程度来确定在所有目标车道候选路径中是否存在碰撞风险。具体地，碰撞风险计算模块163可以被配置为当碰撞风险程度大于或等于阈值时，确定碰撞风险。

在操作s150中，当在所有的目标车道候选路径中都没有碰撞风险时，行驶路径生成器160可以被配置为选择任何一个目标车道候选路径作为局部路径。换句话说，当预计在目标车道候选路径中的一个或多个候选路径中不存在碰撞时，行驶路径生成器160的路径选择模块167可以被配置为选择其中一个相应的候选路径(其中预计没有碰撞)作为局部路径。具体地，路径选择模块167可被配置为选择目标车道候选路径中具有最低碰撞风险程度的候选路径作为局部路径。

另一方面，在操作s140中，当预计在所有的目标车道候选路径中存在碰撞时，在操作s170中，行驶路径生成器160可以被配置为基于车辆速度和目标速度生成速度变化图。行驶路径生成器160的速度变化图生成模块165可被配置为将基于当前行驶速度和所设定的目标速度所生成的速度变化图应用到目标车道候选路径。目标速度可以被设置为在相应道路上的规定速度。

此外，在操作s180中，行驶路径生成器160可以被配置为针对应用了速度变化图的每个目标车道候选路径计算与动态障碍物碰撞的风险的程度。然后，碰撞风险计算模块163可以被配置为在考虑了速度变化图的情况下计算目标车道候选路径中与动态障碍物碰撞的风险的程度。在操作s190中，行驶路径生成器160可以被配置为基于应用了速度变化图的每个目标车道候选路径的动态障碍物碰撞的风险的程度，确定在所有目标车道候选路径中是否存在碰撞风险。当在目标车道候选路径中的一个或多个候选路径中不存在碰撞风险时，在操作s150中，行驶路径生成器160的路径选择模块167可以被配置为选择任何一个相应的候选路径作为局部路径。

在操作s200中，当在所有的目标车道候选路径中都检测到碰撞风险时，行驶路径生成器160可以被配置为使车辆返回到原始行驶车道。也就是，路径选择模块167可被配置为选择目标车道候选路径中最接近目标车道的候选路径作为局部路径。在操作s210中，行驶路径生成器160可随后被配置成计算阻碍车辆变道的动态障碍物的速度，以调整目标速度。具体地，行驶路径生成器160的速度变化图生成模块165可被配置为用预定速度控制率(tbd％)调整车辆的速度，以设定目标速度。

在本公开内容的上述示例性实施方式中，所有的元件被组合为单独的系统来操作，但是本发明构思不限于此。换言之，一些元件可被选择性地组合到本发明构思的范围内进行操作。此外，所有元件可被提供作为独立的硬件单元，或部分或全部元件可以选择性地组合来配置具有程序模块的计算机程序，该程序模块执行在单个或多个硬件单元中的部分或者全部功能。由本领域的技术人员可以容易地推断出代码和构成该计算机程序的代码段。此外，该计算机程序可以存储在计算机可读介质中，并且由计算机读取并执行，从而实现根据本公开内容的示例性实施方式的方法。

如上所述，自主车辆可通过确定与车辆周围的动态障碍物的碰撞风险程度更稳定地进行变道，以生成安全行驶路径，并生成速度变化图，这允许车辆在不与动态障碍物碰撞的情况下进行变道。

在上文中，虽然已参考示例性实施方式及附图描述了本公开内容，但是本公开内容不限于此，在不背离在以下权利要求书中要求保护的本公开内容的精神和范围的前提下，可由本公开内容所属领域的技术人员作出各种修改和改变。

附图中的每个元件的符号

110周边信息检测器

120车辆信息检测器

130车辆行为确定器

140存储器

150输出端

161候选路径生成模块

163碰撞风险计算模块

165速度变化图生成模块

167路径选择模块

s110接收变道信号

s120生成行驶车道候选路径和目标车道候选路径

s130针对每个目标车道候选路径计算与动态障碍物的碰撞风险程度

s140在所有目标车道候选路径都有碰撞风险吗？

s150从候选路径选择局部参考路径

s170根据车辆速度和目标速度生成速度变化

s180针对应用了速度变化的每个目标车道候选路径计算与动态障碍物的碰撞风险程度

s190在所有目标车道候选路径上存在碰撞风险吗？

s200返回到原始行驶车道

s210调整目标速度