CN109649393A - 一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能驾驶领域，提出了一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置。所述方法包括在获得车道变换信号后，采集道路信息，并根据道路信息，检测在预设区域内是否存在障碍物。当预设区域内不存在障碍物时，获得横向变道距离、初始速度和初始加速度，并由此获得路径规划参数。根据路径规划参数计算变道过程中的实时横向加速度，根据实时横向加速度和初始速度获得虚拟变道路径。本发明在不借助地图数据库的情形下，提供了一种有效的车道变换路径规划方法，解决前方道路曲率变化对路径规划可能造成的影响，并增加了变道的舒适度。

Description

一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置

技术领域

本发明涉及智能驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置。

背景技术

近年来，自动驾驶汽车正在逐步发展，并且已经发展出了车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、刹车辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统等驾驶辅助系统，能够辅助驾驶员实现多种场景下的车辆控制。随着自动驾驶技术越来越完善，很多车辆已经开始配备自动变道功能。

车辆在高速公路上驾驶时，在很多情形下需要变换车道，比如超越速度较慢的前车，或者向右变道以准备驶离高速等。当前，一些车辆配备的辅助或者自动驾驶系统可以在高速公路上实现自动变道的功能。这些系统通过摄像头、雷达对路面和其他车辆进行检测，并将检测结果发送到中央控制模块。

车辆在变换车道过程中，受到传感器技术的限制，当车辆处于两车道之间的过渡区域时，其横向位置的测量有一段时间处于盲区，所以需要设计虚拟的理想轨迹。由于高速公路上车辆速度可以达到120公里/小时，车道变换时间一般在5-6秒以上。而目前车辆摄像头的最大有效可视距离通常在100米以内，很难满足前方路面曲率预测和全局路径规划的要求。现有的车辆自动虚拟变道路径规划方案多采用路径整体规划，没有考虑到摄像头的有效测量范围。在缺少地图数据库的情形下，如果前方道路曲率发生变化，可能造成初始路径规划失效，从而影响车辆自动变道功能的实施。

在现有技术中存在通过摄像头和地图数据库获取车道线信息，并采用五次多项式规划车道变换路径的方法。在摄像头范围内的路径由摄像头的测量结果确定，在摄像头范围外的路径通过地图数据库确定。而在不具备地图数据库的情形下，车辆无法预知摄像头可见范围外的路面信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是前方道路曲率变化对路径规划可能造成影响的问题。为了解决上述问题，本发明提出了一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置，本发明具体是以如下技术方案实现的：

本发明的第一个方面提出了一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，所述路径规划方法所规划的虚拟变道路径应用于自动变换车道的操作中，所述方法包括：

获得车道变换信号；

在获得车道变换信号后，采集道路信息，并根据道路信息，检测在预设区域内是否存在障碍物；

当预设区域内不存在障碍物时，获得横向变道距离、初始速度和初始加速度。

进一步地，根据初始速度，获得变道过程中允许的最大横向加速度和最大横向急动度，所述最大横向急动度为横向加速度的最大变化程度。

进一步地，根据所述最大横向加速度和最大横向急动度，判断是否能够获得路径规划参数，所述路径规划参数包括第一加速度增大时间、第一加速度保持时间、第一加速度减小时间、第二加速度保持时间和第二加速度增大时间。

进一步地，当判断无法获得路径规划参数时，按照预设值减小最大横向加速度，并判断减小后的最大横向加速度是否大于或等于预设的最小限定值；

当减小后的最大横向加速度大于或等于预设的最小限定值时，根据当前的最大横向加速度判断是否能够获得路径规划参数。

进一步地，当减小后的最大横向加速度小于预设的最小限定值时，无法获得路径规划参数，中止自动变道操作。

进一步地，当预设区域内检测到障碍物时，中止自动变道操作。

进一步地，根据路径规划参数计算变道过程中的实时横向加速度，实时横向加速度与路径规划参数的公式为：

其中，a₀为初始横向加速度，a₁为最大横向加速度，a₂为反向的最大横向加速度，a_e为终止横向加速度，T₁为第一加速度增大时间，T₂-T₁为第一加速度保持时间，T₃-T₂为第一加速度减小时间，T₄-T₃为第二加速度保持时间，T₅-T₄为第二加速度增大时间，

进一步地，根据实时横向加速度获得的虚拟变道路径轨迹为：

其中，v为车辆纵向速度，v₀为初始横向速度，a₀为初始横向加速度，y₀为车辆到车道线的距离，x为车辆沿水平方向的道路位置，A、B、C、D为参数值。

具体地，当车辆在高速巡航模式下，驾驶员开启转向灯时，车辆获得变道信号。通过摄像头和毫米波雷达对路面和车辆目标进行检测，并将检测到的信息进行分析处理，判断在预设区域内是否存在障碍物。设车辆正在行驶的车道为第一车道，变道的目标车道为第二车道，分隔第一车道和第二车道的车道线为第一车道线。所述预设区域为第二车道上位于所述车辆后方并且与所述车辆时距小于阈值Δt₁的位置范围，以及第二车道上位于所述车辆前方，并且与所述车辆时距小于阈值Δt₂的位置范围。若预设区域内存在障碍物，则放弃自动变道。

在判断预设区域内不存在障碍物后，获得车辆的初始速度、初始加速度以及变道时移动的横向距离。所述变道时移动的横向距离是计算得到的车辆距离第二车道中心线的距离。同时得到车辆距离第一车道线的距离。

根据车辆的初始速度获得最大横向加速度和最大横向急动度，判断是否能够获得路径规划参数。获得路径规划参数后，通过由五段曲线组成的横向加速度规划曲线可以获得实时横向加速度和路径规划参数之间的关系，从而获得实时横向加速度。

实时横向加速度是在计算虚拟变道路径时的变量，根据实时横向加速度和初始速度可以获得所规划的虚拟变道路径。

本发明的第二个方面提出了一种自动变换车道的装置，所述装置包括：道路信息采集模块、障碍物检测模块、移动距离计算模块、加速度计算模块和路径规划模块；

所述道路信息采集模块用于采集道路信息。所述道路信息采集模块包含至少一个前视摄像头，以及四个毫米波雷达，所述毫米波雷达分别位于车辆左前方、左后方、右前方和右后方。

所述障碍物检测模块用于根据道路信息，检测在预设范围内是否存在障碍物；

所述移动距离计算模块用于获得预估的车辆横向移动的距离；

所述加速度计算模块用于计算车辆的加速度；

所述路径规划模块用于根据车辆变道时移动的横向距离、速度和加速度进行路线规划。

进一步地，所述路径规划模块包括路径规划参数计算单元、最大加速度调整单元、实时加速度计算单元和虚拟变道路径计算单元；

所述路径规划参数计算单元用于根据初始速度获得最大横向加速度和最大横向急动度，计算路径规划参数；

所述最大加速度调整单元用于在根据最大横向加速度不能获得路径规划参数时，对最大横向加速度进行调整，并判断调整后的最大横向加速度是否适用于变道操作；

所述实时加速度计算单元用于根据路径规划参数计算实时横向加速度；

所述虚拟变道路径计算单元用于根据实时横向加速度和初始速度计算虚拟变道路径。

具体地，当车辆在高速巡航模式下，驾驶员开启转向灯时，车辆获得变道信号。通过摄像头和毫米波雷达对路面和车辆目标进行检测，并将检测到的信息进行分析处理，判断在预设区域内是否存在障碍物。设车辆正在行驶的车道为第一车道，变道的目标车道为第二车道，分隔第一车道和第二车道的车道线为第一车道线。所述预设区域为第二车道上位于所述车辆后方并且与所述车辆时距小于阈值Δt₁的位置范围，以及第二车道上位于所述车辆前方，并且与所述车辆时距小于阈值Δt₂的位置范围。若预设区域内存在障碍物，则放弃自动变道。

在判断预设区域内不存在障碍物后，获得车辆的初始速度、初始加速度以及变道时移动的横向距离。所述变道时移动的横向距离是计算得到的车辆距离第二车道中心线的距离。同时得到车辆距离第一车道线的距离。

根据车辆的初始速度获得最大横向加速度和最大横向急动度，判断是否能够获得路径规划参数。获得路径规划参数后，通过由五段曲线组成的横向加速度规划曲线可以获得实时横向加速度和路径规划参数之间的关系，从而获得实时横向加速度。

实时横向加速度是在计算虚拟变道路径时的变量，根据实时横向加速度和初始速度可以获得所规划的虚拟变道路径。在获得虚拟变道路径后，可以根据所述虚拟变道路径执行自动变道的操作。

采用上述技术方案，本发明所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法及装置，具有如下有益效果：

1)本发明所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，所述方法通过雷达及摄像头实时地采集道路数据，以横向加速度为变量来进行车道变换的路径规划，在不借助地图数据库的情形下，提供了一种有效的车道变换路径规划方法，解决前方道路曲率变化对路径规划可能造成的影响；

2)本发明所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，所述方法需要采集车辆当前的速度和加速度，并根据当前的速度和加速度计算变道曲线所需要的各种参数，因此当初始横向速度和初始横向加速度不同的时候，所述方法能够对规划的路径做出相应的调整。此外，所述方法可以根据车速的不同，调节虚拟变道路径规划的轨迹，以提高变道过程的舒适度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的车辆进行变道的路线示意图；

图3为本发明实施例提供的变道时的横向加速度规划曲线变化图；

图4为本发明实施例提供的路径规划参数计算流程图；

图5为本发明实施例提供的最大横向加速度、最大横向急动度与车速的关系示意图；

图6为本发明实施例提供的一种自动驾驶变换车道的路径规划装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种自动驾驶变换车道的路径规划装置的路径规划模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

实施例1：

本发明实施例提出了一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，所述路径规划方法所规划的虚拟变道路径应用于自动变换车道的操作中，如图1所示，所述方法包括：

S1.获得车道变换信号；

S2.在获得车道变换信号后，采集道路信息，并根据道路信息，检测在预设区域内是否存在障碍物；

S3.当预设区域内不存在障碍物时，获得横向变道距离、初始速度和初始加速度，并获得路径规划参数；

S4.根据路径规划参数计算变道过程中的实时横向加速度，根据实时横向加速度和初始速度获得虚拟变道路径。

进一步地，所述车辆进入到高速巡航模式，通过驾驶员开启转向灯获得车道变换信号。

进一步地，所述道路信息包括车辆前方、后方以及车辆两侧的道路信息。所述道路信息包括车道线信息、路面信息及车辆信息等。所述车辆包含至少一个前视摄像头，以及四个位于车辆左前方、左后方、右前方、右后方的毫米波雷达。所述摄像头和毫米波雷达进行道路信息的采集。

进一步地，设车辆正在行驶的车道为第一车道，变道的目标车道为第二车道，分隔第一车道和第二车道的车道线为第一车道线。所述预设区域为第二车道上位于所述车辆后方并且与所述车辆时距小于阈值Δt₁的位置范围，以及第二车道上位于所述车辆前方，并且与所述车辆时距小于阈值Δt₂的位置范围。若预设区域内存在障碍物，则放弃自动变道。

进一步地，当预设区域内不存在障碍物时，获得横向变道距离、初始速度和初始加速度。

进一步地，根据初始速度，获得变道过程中允许的最大横向加速度和最大横向急动度，所述最大横向急动度为横向加速度的最大变化程度。

进一步地，根据所述最大横向加速度和最大横向急动度，判断是否能够获得路径规划参数，所述路径规划参数包括第一加速度增大时间、第一加速度保持时间、第一加速度减小时间、第二加速度保持时间和第二加速度增大时间；

获得路径规划参数后，获得虚拟变道路径并控制车辆按照虚拟变道路径进行变道。

具体地，在进行虚拟变道路径规划时，需要先计算车辆的横向加速度。如图2所示，以车辆后轴中心为原点，通过摄像头检测到的车道线建模为一个三次多项式方程：

y_lane(x)＝Ax³+Bx²+Cx+D,0≤x≤P

其中P为摄像头的有效检测范围，A、B、C、D为参数值。进行初始路径规划时，通过摄像头传输的车道线信息计算得到车辆距离第二车道中心线的距离为Δy，Δy为欲变道的横向总位移。同时得到车辆距离第一车道线的距离为y₀。通过车道线信息和自车运动状态计算车辆相对于第一车道线的初始横向速度v₀和初始横向加速度a₀。

根据图3所示的横向加速度规划曲线规划车辆横向加速度，使得车辆在初始横向速度v₀和初始横向加速度a₀的情况下实施完变道功能之后的横向总位移为Δy。

所述横向加速度规划曲线由5段组成。第一段曲线在0到T1的时间段内，加速度从a₀上升到a₁。第二段曲线在T1到T2的时间段内，加速度保持为a₁不变。第三段曲线在T2到T3的时间段内，加速度从a₁下降到a₂。第四段曲线在T3到T4的时间段内，加速度保持为a₂。第五段曲线在T4到T5的时间段内，加速度从a₂上升到a_e。

所述横向加速度规划曲线每段的起始点、终止点以及每两段之间的连接点的急动度均为0，所述急动度为加速度的一阶导数。该曲线的第2、4段的加速度恒定，而第1、3、5段均为三次多项式，其方程可如下表示：

通过变量标准化，能够简化横向加速度规划曲线系数的计算过程。令：

则第一段曲线的方程可以转化为：

通过第一段曲线的初始加速度、急动度条件和终止加速度、急动度条件可以得到：

同理，可以得到第三、五段曲线对应的三次多项式的系数。横向加速度规划曲线方程可以简化为：

其中，a₀为初始加速度，a₁为最大横向加速度，a₂为反向的最大横向加速度，a_e为终止横向加速度，T₁为第一加速度增大时间，T₂-T₁为第一加速度保持时间，T₃-T₂为第一加速度减小时间，T₄-T₃为第二加速度保持时间段，T₅-T₄为第二加速度增大时间。

为了保证横向总位移为Δy，如图4所示，横向加速度规划曲线各项系数的计算流程为：

S01.获得车辆的速度信息，通过车辆速度确定自动变道过程中允许的最大横向加速度a_m和最大横向急动度j_m，所述急动度为加速度的一阶导数。

S02.判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5是否有解。

S03.判断路径规划有解时，获得路径规划参数。

S04.根据路径规划参数，控制车辆沿规划的路径进行变道。

当判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5无解时，转入步骤S05。

S05.当判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5无解时，减小a_m，即令a_m＝a_m-a_step，所述a_step为预设值。

S06.判断a_m是否大于或等于最小限定值。

当判断a_m大于或等于最小限定值时，进入到步骤S02，进行虚拟变道路径的规划。

当判断a_m小于最小限定值时，则路径规划无解。

通过对横向加速度规划曲线的两次积分，可以得到所规划的相对于第一车道线的车辆横向位移为：

当车辆进行自动变道操作时，车辆处于高速巡航模式，且自动变道时转向角较小，可以近似认为车辆纵向速度v保持不变，由此可以得到最终规划的虚拟变道路径轨迹为：

其中，v为车辆纵向速度，v₀为初始横向车速，a₀为初始横向加速度，y₀为车辆到车道线的距离，x为车辆沿水平方向的道路位置，A、B、C、D为参数值。

初次规划的路径仅在摄像头的有效检测范围P内有效。当车辆向前行驶时可以获得更新的车道线，因此可以将规划的路径进行扩展，进而规划出自动变道的整体路径轨迹。

在路径生成过程中，最大横向加速度am、最大横向急动度jm与车速的关系示意图如图5所示。其中，V_min是自动变道功能激活的最低速度，am_max和jm_max分别为车速为V_min时横向加速度规划曲线允许的最大横向加速度和最大横向急动度，am_min和jm_min分别为车速超过V_max时横向加速度规划曲线允许的最大横向加速度和最大横向急动度。当车速从V_min增加到V_max时，允许的最大横向加速度和最大横向急动度分别从am_max和jm_max下降到am_min和jm_min。

本发明实施例所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，通过摄像头以及毫米波雷达采集到的道路信息来对车辆进行变道路线的规划，能够在缺少地图数据库或者前方道路与地图标注不一致的情形下，做出相应的路径规划，解决前方道路曲率变化对路径规划可能造成的影响，提高了驾乘人员的驾驶体验。同时对车辆的最大横向加速度以及急动度有一定的限制，在车速不同的时候，采用不同的限制条件，增加自动变道的舒适度。

实施例2：

本发明实施例提出了一种自动变换车道的装置，如图6所示，所述装置包括：道路信息采集模块、障碍物检测模块、移动距离计算模块、车辆状态采集模块和路径规划模块。

所述道路信息采集模块用于当在车辆高速巡航模式下，驾驶员开启转向灯时，采集道路信息，所述道路信息采集模块可以是摄像头和毫米波雷达配合使用，用于采集车辆前方、后方及两侧的道路信息，所述道路信息包括车道线信息和车辆信息等。所述车辆包含至少一个前视摄像头，以及四个位于车辆左前方、左后方、右前方、右后方的毫米波雷达。

所述障碍物检测模块用于根据道路信息，检测在预设范围内是否出现障碍物。设车辆正在行驶的车道为第一车道，变道的目标车道为第二车道，分隔第一车道和第二车道的车道线为第一车道线。所述预设区域为第二车道上位于所述车辆后方并且与所述车辆时距小于阈值Δt₁的位置范围，以及第二车道上位于所述车辆前方，并且与所述车辆时距小于阈值Δt₂的位置范围。若预设区域内存在障碍物，则放弃自动变道。

所述移动距离计算模块用于根据道路信息，获得变道横向距离。

所述车辆状态采集模块用于获得初始速度和初始加速度。

所述路径规划模块用于在预设范围内不存在障碍物时，根据变道横向距离、初始速度和初始加速度进行路线规划。

具体地，在进行虚拟变道路径规划时，需要先计算车辆的横向加速度。如图2所示，以车辆后轴中心为原点，通过摄像头检测的车道线建模为一个三次多项式方程：

y_lane(x)＝Ax³+Bx²+Cx+D,0≤x≤P

其中P为摄像头的有效检测范围，A、B、C、D为参数值。进行初始路径规划时，通过摄像头传输的车道线信息计算得到车辆距离第二车道中心线的距离为Δy，Δy为欲变道的横向总位移。同时得到车辆距离第一车道线的距离为y₀。通过车道线信息和自车运动状态计算车辆相对于第一车道线的初始横向速度v₀和初始横向加速度a₀。

根据图3所示的横向加速度规划曲线规划车辆横向加速度，使得车辆在初始横向速度v₀和初始横向加速度a₀的情况下实施完变道功能之后的横向总位移为Δy。

所述横向加速度规划曲线由5段组成。第一段曲线在0到T1的时间段内，加速度从a₀上升到a₁。第二段曲线在T1到T2的时间段内，加速度保持为a₁不变。第三段曲线在T2到T3的时间段内，加速度从a₁下降到a₂。第四段曲线在T3到T4的时间段内，加速度保持为a₂。第五段曲线在T4到T5的时间段内，加速度从a₂上升到a_e。

所述横向加速度规划曲线每段的起始点、终止点以及每两段之间的连接点的急动度均为0，所述急动度为加速度的一阶导数。该曲线的第2、4段的加速度恒定，而第1、3、5段均为三次多项式，其方程可如下表示：

通过变量标准化，能够简化横向加速度规划曲线系数的计算过程。令：

则第一段曲线的方程可以转化为：

通过第一段曲线的初始加速度、急动度条件和终止加速度、急动度条件可以得到：

同理，可以得到第三、五段曲线对应的三次多项式的系数。横向加速度规划曲线方程可以简化为：

其中，a₀为初始加速度，a₁为最大横向加速度，a₂为反向的最大横向加速度，a_e为终止横向加速度，T₁为第一加速度增大时间，T₂-T₁为第一加速度保持时间，T₃-T₂为第一加速度减小时间，T₄-T₃为第二加速度保持时间段，T₅-T₄为第二加速度增大时间。

为了保证横向总位移为Δy，所述路径规划模块的结构示意图如图7所示。路径规划模块包括：路径规划参数计算单元、最大加速度调整单元、实时加速度计算单元和虚拟变道路径计算单元。

所述路径规划参数计算单元用于通过初始速度确定自动变道过程中允许的最大横向加速度a_m和最大横向急动度j_m，所述急动度为加速度的一阶导数。并根据最大横向加速度a_m和最大横向急动度j_m，判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5是否有解，当路径规划有解时，获得路径规划参数的解。根据路径规划参数和加速度的数值，可以获得虚拟变道路径。在获得虚拟变道路径后，可以根据所述虚拟变道路径执行自动变道的操作。

所述最大加速度调整单元用于当判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5无解时，按照预设值减小最大横向加速度a_m，即令a_m＝a_m-a_step，所述a_step为预设值。将a_m与最小限定值进行比对，当判断a_m大于或等于最小限定值时，输入到路径规划参数计算单元。所述路径规划参数计算单元根据减小后的加速度a_m，判断路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5是否有解。此时若有解，则得到路径规划参数T1、T2、T3、T4和T5的值，若无解则输入到加速度调整单元再进行加速度的调整。

在调整加速度时，当判断a_m小于最小限定值时，则路径规划无解，此时不执行自动变道的操作。

所述实时加速度计算单元用于根据路径规划参数计算实时横向加速度。

所述虚拟变道路径计算单元用于根据实时横向加速度和初始速度计算虚拟变道路径。

通过对横向加速度规划曲线的两次积分，可以得到所规划的相对于第一车道线的车辆横向位移为：

当车辆进行自动变道操作时，车辆处于高速巡航模式，且自动变道时转向角较小，可以近似认为车辆纵向速度v保持不变，由此可以得到最终规划的虚拟变道路径轨迹为：

其中，v为车辆纵向速度，v₀为初始横向车速，a₀为初始横向加速度，y₀为车辆到车道线的距离，x为车辆沿水平方向的道路位置，A、B、C、D为参数值。

初次规划的路径仅在摄像头的有效检测范围P内有效。当车辆向前行驶时可以获得更新的车道线，因此可以将规划的路径进行扩展，进而规划出自动变道的整体路径轨迹。

在路径生成过程中，最大横向加速度am、最大横向急动度jm与车速的关系示意图如图5所示。其中，V_min是自动变道功能激活的最低速度，am_max和jm_max分别为车速为V_min时横向加速度规划曲线允许的最大横向加速度和最大横向急动度，am_min和jm_min分别为车速超过V_max时横向加速度规划曲线允许的最大横向加速度和最大横向急动度。当车速从V_min增加到V_max时，最大横向加速度和最大横向急动度从am_max和jm_max下降到am_min和jm_min。

本发明实施例所述的一种自动变换车道的装置，通过摄像头以及毫米波雷达采集到的道路信息来对车辆进行变道路线的规划，能够在缺少地图数据库或者前方道路与地图标注不一致的情形下，做出相应的路径规划，解决前方道路曲率变化对路径规划可能造成的影响，提高了驾乘人员的驾驶体验。同时对车辆的最大横向加速度以及急动度有一定的限制，在车速不同的时候，采用不同的限制条件，增加自动变道的舒适度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：

获得车道变换信号；

在获得车道变换信号后，采集道路信息，并根据道路信息，检测在预设区域内是否存在障碍物；

当预设区域内不存在障碍物时，获得横向变道距离、初始速度和初始加速度，并获得路径规划参数；

根据路径规划参数计算变道过程中的实时横向加速度，根据实时横向加速度和初始速度获得虚拟变道路径。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，根据获得的初始速度，获得变道过程中允许的最大横向加速度和最大横向急动度，所述最大横向急动度为横向加速度的最大变化程度。

3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，根据所述最大横向加速度和最大横向急动度，判断是否能够获得路径规划参数，所述路径规划参数包括第一加速度增大时间、第一加速度保持时间、第一加速度减小时间、第二加速度保持时间和第二加速度增大时间。

4.根据权利要求3所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，当判断无法获得路径规划参数时，按照预设值减小最大横向加速度，并判断减小后的最大横向加速度是否大于或等于预设的最小限定值；

当减小后的最大横向加速度大于或等于预设的最小限定值时，根据当前的最大横向加速度判断是否能够获得路径规划参数。

5.根据权利要求4所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，当减小后的最大横向加速度小于预设的最小限定值时，无法获得路径规划参数，中止自动变道操作。

6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，当预设区域内检测到障碍物时，中止自动变道操作。

7.根据权利要求3所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，实时横向加速度与路径规划参数的公式为：

其中，a₀为初始横向加速度，a₁为最大横向加速度，a₂为反向的最大横向加速度，a_e为终止横向加速度，T₁为第一加速度增大时间，T₂-T₁为第一加速度保持时间，T₃-T₂为第一加速度减小时间，T₄-T₃为第二加速度保持时间，T₅-T₄为第二加速度增大时间，

8.根据权利要求7所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划方法，其特征在于，根据实时横向加速度和初始速度获得的虚拟变道路径轨迹为：

其中，υ为车辆纵向速度，υ₀为初始横向速度，a₀为初始横向加速度，y₀为车辆到车道线的距离，x为车辆沿水平方向的道路位置，A、B、C、D为参数值。

9.一种自动驾驶变换车道的路径规划装置，其特征在于，所述装置包括：道路信息采集模块、障碍物检测模块、移动距离计算模块、车辆状态采集模块和路径规划模块；

所述道路信息采集模块用于采集道路信息；

所述障碍物检测模块用于根据道路信息，检测在预设范围内是否存在障碍物；

所述移动距离计算模块用于根据道路信息，获得车辆的横向变道距离；

所述车辆状态采集模块用于获得初始速度和初始加速度；

所述路径规划模块用于当预设范围内不存在障碍物时，根据横向变道距离、初始速度和初始加速度进行路线规划。

10.根据权利要求9所述的一种自动驾驶变换车道的路径规划装置，其特征在于，所述路径规划模块包括路径规划参数计算单元、最大加速度调整单元、实时加速度计算单元和虚拟变道路径计算单元；

所述路径规划参数计算单元用于根据初始速度获得最大横向加速度和最大横向急动度，计算路径规划参数；

所述最大加速度调整单元用于在根据最大横向加速度不能获得路径规划参数时，对最大横向加速度进行调整，并判断调整后的最大横向加速度是否适用于变道操作；

所述实时加速度计算单元用于根据路径规划参数计算实时横向加速度；

所述虚拟变道路径计算单元用于根据实时横向加速度和初始速度计算虚拟变道路径。