CN110525436A - 车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质 - Google Patents

车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质 Download PDF

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CN110525436A CN201910796386.4A CN201910796386A CN110525436A CN 110525436 A CN110525436 A CN 110525436A CN 201910796386 A CN201910796386 A CN 201910796386A CN 110525436 A CN110525436 A CN 110525436A
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杨斯琦
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

本发明实施例公开了一种车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质，其中该方法包括：获取换道指令以及车道环境图像；根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道；根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，预瞄点的数量为至少一个；控制车辆跟踪预瞄点进行换道。本发明实施例可以根据实际道路情况与本车车速可以自动调整控制需求，提高了控制精度，并基于运动学理论控制车辆跟踪预瞄点进行换道，提高了运算速度以及控制效率。

Description

车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及驾驶数据处理技术领域，尤其涉及一种车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质。
背景技术
随着科技的发展，汽车的普及带来越来越多的安全问题，制动防抱死系统和电子稳定性控制系统等都是主动安全技术范畴，但它们都是作为执行层面的稳定控制器，并没有自主决策能力，这种对驾驶员错误决策进行补偿控制的方法可以提高行驶稳定性，但控制能力有限，所以设计从决策层面上代替驾驶员进行运动规划和控制的自动驾驶技术势在必行。
自动驾驶技术能有效减少道路交通伤害，帮助部分初级驾驶员完成复杂的驾驶操作，提高驾驶员智享生活的驾驶体验，是智能交通系统的重要组成部分。其主要由感知与决策控制二大系统模块组成：感知系统利用车载传感器、摄像头、雷达、高精地图等先进传感技术实时获取车辆行驶环境与运行状态；基于此，决策控制系统通过先进的控制手段基于人类驾驶行为和安全行车的需求，建立自主决策控制系统对车辆下一步的运行状态进行智能操控。决策控制信息必须与车辆底层控制系统深度集成，通过线控技术完成执行机构的电控化，达到电子制动、电子驱动和电子转向，控制车辆沿着规划路径行驶。自动换道技术通过实时操控车辆转向角实现对车辆侧向位置的稳定控制，显然侧向控制自身的复杂性决定了其在自动驾驶技术中的关键地位。
现有技术中，自动换道控制方法可以包括几何方法、PID(ProportionIntegration Differentiation)控制方法与先进控制理论等。几何方法可以利用前轮和道路之间的几何侧向偏差与方向偏差计算自动转向控制率，这种纯粹的几何方法比较简单，低速时具有良好的控制效果，但高速时的跟踪精度较差，预瞄距离对控制效果的影响非常大。基于比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制器要包括前馈PID控制、嵌套式PID控制、自适应PID控制和单点预瞄PID控制等，这些PID控制器都基本选取侧向位置偏差或航向偏差作为系统偏差反馈量，具有较好的跟踪效果与实时性，易于实现，是比较常用的工程方法，但抗扰性与鲁棒性有待提升。先进的控制方法包括滑模变结构控制和最优控制等，但大多处于科研阶段，算法的简化与应用性有待进一步提高。
发明内容
本发明实施例提供一种车辆换道控制方法、装置、车辆和存储介质，以优化车辆换道控制方法，提高控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种车辆换道控制方法，包括：
获取换道指令以及车道环境图像；
根据所述换道指令以及所述车道环境图像，确定目标车道；
根据所述目标车道以及车辆的速度信息，确定所述车辆在预瞄时间后的预瞄点，所述预瞄点的数量为至少一个；
控制所述车辆跟踪所述预瞄点进行换道。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆换道控制装置，包括：
数据获取模块，用于获取换道指令以及车道环境图像；
车道确定模块，用于根据所述换道指令以及所述车道环境图像，确定目标车道；
预瞄点模块，用于根据所述目标车道以及车辆的速度信息，确定所述车辆在预瞄时间后的预瞄点，所述预瞄点的数量为至少一个；
换道模块，用于控制所述车辆跟踪所述预瞄点进行换道。
进一步的，所述车道确定模块包括：
第一车道单元，用于根据所述车道环境图像确定车辆前方的车道线数据；
第二车道单元，用于根据所述换道指令以及所述车道线数据，确定目标车道。
进一步的，所述第二车道单元具体用于：
若所述换道指令为向左换道，则将所述车辆左侧相邻的车道确定为所述目标车道；
或，若所述换道指令为向右换道，则将所述车辆右侧相邻的车道确定为所述目标车道。
进一步的，所述预瞄点模块具体用于：
根据所述速度信息和所述预瞄时间，确定所述预瞄点在车辆坐标系下的横坐标；
根据所述目标车道的中心线上与所述预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定所述预瞄点在所述车辆坐标系下的纵坐标，其中，所述预瞄点位于所述目标车道的中心线上。
进一步的，所述换道模块包括：
转角单元，用于利用模型预测算法依次确定所述车辆跟踪各个所述预瞄点时的车辆前轮转角；
行驶单元，用于基于所述车辆前轮转角控制所述车辆行驶依次行驶到各个所述预瞄点，直到所述车辆换道至所述目标车道。
进一步的，所述转角单元包括：
位移子单元，用于将所述车辆所属行车道的道路线与各个所述预瞄点的垂直间距确定为期望侧向位移；
跟踪子单元，用于利用所述模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上所述期望侧向位移时的所述车辆前轮转角。
进一步的，所述跟踪子单元具体用于：
利用所述模型预测算法对所述车辆的运动状态拟合，得到侧向位移表达式；
依次将所述期望侧向位移作为所述侧向位移表达式的输入，确定所述实际侧向位移与所述期望侧向位移的偏差最小时的最优解，得到所述车辆前轮转角。
第三方面，本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的车辆换道控制方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的车辆换道控制方法。
本发明实施例通过获取换道指令以及车道环境图像，根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道，根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，控制车辆跟踪预瞄点进行换道。其中，预瞄点的数量可以为多个，形成路径，本发明实施例可以根据实际道路情况与本车车速可以自动调整控制需求，提高了控制精度，并基于运动学理论控制车辆跟踪预瞄点进行换道，提高了运算速度以及控制效率。
附图说明
图1为本发明实施例一中的车辆换道控制方法的流程图；
图2为本发明实施例一中的车道线示意图；
图3为本发明实施例一中的预瞄点确定示意图；
图4为本发明实施例一中的车辆换道控制示意图；
图5为本发明实施例二中的车辆换道控制方法的流程图；
图6为本发明实施例二中的车辆侧向速度的示意图；
图7为本发明实施例二中的车辆模型示意图；
图8为本发明实施例三中的车辆换道控制装置的结构示意图；
图9为本发明实施例四中的车辆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一中的车辆换道控制方法的流程图，本实施例可适用于对行驶中的车辆进行换道控制的情况，该方法可以由车辆换道控制装置执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可配置于车辆中。如图1所示，该方法具体可以包括：
S110、获取换道指令以及车道环境图像。
其中，换道指令是指用于控制车辆进行换道的指令，具体指令的获取方式可以根据实际情况进行设定。示例性的，若检测到用户对设定按键的操作，则可以确定获取到换道指令，其中设定按键可以通过软件或硬件进行设置，例如设定按键可以为左侧转向灯或右侧转向灯的按键；或者若检测到用户的设定手势或设定音频，则可以确定获取到换道指令，其中设定手势或设定音频可以根据实际情况进行设定。车道环境图像可以为车辆行驶方向前方的包括车道的图像，具体可以通过设置在车辆上的图像采集装置获取，图像采集装置的类型本实施例中也不作限定，例如单目摄像头或双目摄像头等。
S120、根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道。
其中，目标车道可以为车辆即将要换道的目的车道。具体的，根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道，可以包括：根据车道环境图像确定车辆前方的车道线数据；根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道。
车道线数据可以包括车道的数量、车道线的颜色、属性和宽度等基本道线信息。通过图像识别方法对车道环境图像进行识别，可以得到车辆行驶方向前方一段距离内的车道线数据，其中图像识别方法具体采用的算法本实施例中不作限定，例如采用道线位置函数等。参见图2，图2为本发明实施例一中的车道线示意图，图中包括车辆11，图中Li/Rj.Pk可以表示车道线数据中车道线数据点，Li表示车辆11左侧第i个车道，Rj表示车辆11右侧第j个车道，Pk表示第k个车道线数据点，i，j和k均为从0开始的整数。Li/Rj.P0图像边缘线上车道线数据点，可以包括图中的L1.P0、L2.P0、L3.P0、R1.P0和R2.P0。车道线数据点的数量与位置取决于道路的类型。
进一步的，根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道，可以包括：若换道指令为向左换道，则将车辆左侧相邻的车道确定为目标车道；或，若换道指令为向右换道，则将车辆右侧相邻的车道确定为目标车道。具体的，若检测到左侧转向灯开启，则确定换道指令为向左换道，将距离车辆左侧最近的车道确定为目标车道；或，若检测到右侧转向灯开启，则确定换道指令为向右换道，将距离车辆右侧最近的车道确定为目标车道。
S130、根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点。
其中，车辆的速度信息可以包括车辆横向速度、车辆纵向速度和横摆角速度等等。预瞄时间可以为车辆从当前位置行驶到预瞄点的预设时间，预瞄时间可以根据不同的车速工况来进行设定，例如车辆低速时，可以设置预瞄时间较短，对应预瞄距离小，车辆高速时，可以设置预瞄时间较长，对应预瞄距离大。预瞄点可以为通过理论计算确定的车辆期望行驶位置。预瞄点的数量本实施例中不作限定，数量可以为至少一个。
具体的，根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，可以包括：根据速度信息和预瞄时间，确定预瞄点在车辆坐标系下的横坐标；根据目标车道的中心线上与预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定预瞄点在车辆坐标系下的纵坐标，其中，预瞄点位于目标车道的中心线上。
将目标车道的中心线上距离车辆最近的车道数据点存储作为下一次确定预瞄点的起始点，即距离车辆最近的车道数据点与车辆中心的连线为车辆坐标系的y轴，车辆横向方向的线为车辆坐标系的x轴。参见图3，图3为本发明实施例一中的预瞄点确定示意图，图3中S2点为目标车道的中心线上距离车辆11最近的车道数据点，P点为预瞄点，M点和M1点分别为与预瞄点相邻的两个车道数据点。将速度信息中的车辆纵向速度和预瞄时间相乘，可以得到P点在车辆坐标系下的横坐标，具体通过公式xp＝vxT表示，其中xp表示P点在车辆坐标系下的横坐标，vx表示车辆纵向速度，T表示预瞄时间。根据M点和M1点的坐标，采用线性插值方法可以计算得到P点在车辆坐标系下的纵坐标，即为图中yp。
S140、控制车辆跟踪预瞄点进行换道。
具体的，控制车辆跟踪预瞄点进行换道，可以包括：利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角；基于车辆前轮转角控制车辆行驶依次行驶到各个预瞄点，直到车辆换道至目标车道。
进一步的，利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角，可以包括：将车辆所属行车道的道路线与各个预瞄点的垂直间距确定为期望侧向位移；利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上期望侧向位移时的车辆前轮转角。
参见图4，图4为本发明实施例一中的车辆换道控制示意图，两条平行的实线分别为车辆所属行车道和目标车道的道路中心线，小虚线为车辆驶入目标车道时的实际行驶路径，大虚线则为预瞄时间后预瞄点所在道路线，小虚线和虚线的交点P点为第一个预瞄点，P点与车辆所属行车道的道路线的垂直间距d为期望侧向位移。车辆实际行驶时确定的为实际侧向位移，该实际侧向位移可以通过车辆侧向速度计算得到。
进一步的，利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上期望侧向位移时的车辆前轮转角，可以包括：利用模型预测算法对车辆的运动状态拟合，得到侧向位移表达式；依次将期望侧向位移作为侧向位移表达式的输入，确定实际侧向位移与期望侧向位移的偏差最小时的最优解，得到车辆前轮转角。
其中，模型预测算法可以为显式地处理质心侧向位置约束与控制动作约束，达到实时滚动跟踪目标值的优化控制，可以采用运动学公式简化优化求解过程满足车辆电控单元的计算速度要求。本实施例中，对车辆进行控制的控制目标为车辆前轮转角，使车辆的实际侧向位移能跟踪上期望的侧向位移，故选取车辆的侧向位移作为模型预测算法的输出。因此，依次将每个预瞄点确定的期望侧向位移输入通过运动学公式表达的侧向位移表达式中，求解实际侧向位移能最大化地接近期望侧向位移的优化问题，反推可以得到车辆前轮转角。
本发明能够根据实际道路情况与本车车速自动调整控制需求，使得控制精度得以保证；提出基于运动学公式的侧向位移的求解方法，简化了模型预测算法的优化求解过程，使系统的运算速度满足汽车ECU快变要求。该控制系统可以独立使用，也可以与高级巡航等智能控制器协同控制，驾驶员只需要拨动转向灯开关，就可以轻松实现换道。可以帮助部分初级驾驶员安全操作车辆，增强智能驾驶体验，降低了因为换道而出现交通事故的风险。
本实施例通过获取换道指令以及车道环境图像，根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道，根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，控制车辆跟踪预瞄点进行换道。其中，预瞄点的数量可以为多个，形成路径，本实施例可以根据实际道路情况与本车车速可以自动调整控制需求，提高了控制精度，并基于运动学理论控制车辆跟踪预瞄点进行换道，提高了运算速度以及控制效率。
实施例二
图5为本发明实施例二中的车辆换道控制方法的流程图。本实施例在上述实施例的基础上，进一步对上述车辆换道控制方法进行了具体化。相应的，如图5所示，本实施例的方法具体包括：
S210、获取换道指令以及车道环境图像。
S220、根据车道环境图像确定车辆前方的车道线数据。
S230、根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道。
具体的，根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道，可以包括：若换道指令为向左换道，则将车辆左侧相邻的车道确定为目标车道；或，若换道指令为向右换道，则将车辆右侧相邻的车道确定为目标车道。
S240、根据速度信息和预瞄时间，确定预瞄点在车辆坐标系下的横坐标。
车辆在行驶的过程中，通过内置的测量模块可以实时采集车辆的速度信息，其中，车辆的速度信息可以包括车辆横向速度、车辆纵向速度和横摆角速度等等。示例性的，参见图6，图6为本发明实施例二中的车辆侧向速度的示意图，图中横坐标为时间，纵坐标为车辆侧向速度(即图中侧向车速)，图中可以看出车辆侧向速度是周期性的变化的，间隔时间即为车辆从一个预瞄点行驶到下一个预瞄点的时间，即为预瞄时间。
将速度信息中的车辆纵向速度和预瞄时间相乘，可以得到预瞄点在车辆坐标系下的横坐标。
S250、根据目标车道的中心线上与预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定预瞄点在车辆坐标系下的纵坐标。
S260、利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角。
具体的，利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角，可以包括：将车辆所属行车道的中心线与目标车道的中心线的垂直间距确定为实际侧向位移，各个预瞄点与目标车道的中心线的垂直间距确定为期望侧向位移；利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上期望侧向位移时的车辆前轮转角。
进一步的，利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上期望侧向位移时的车辆前轮转角，包括：利用模型预测算法对车辆的运动状态拟合，得到侧向位移表达式；依次将期望侧向位移作为侧向位移表达式的输入，确定实际侧向位移与期望侧向位移的偏差最小时的最优解，得到车辆前轮转角。
本实施例中，车辆模型可以采用“自行车”模型，参见图7，图7为本发明实施例二中的车辆模型示意图，图中椭圆表示车轮，δ表示前轮转角，αf表示前轮轮胎侧偏角，αr表示后轮轮胎侧偏角，vx表示车辆纵向速度，vy表示车辆侧向速度，Fxf表示前轮纵向轮胎力，Fyf表示前轮侧向轮胎力，Fxr表示后轮纵向轮胎力，Fyr表示后轮侧向轮胎力，b表示车辆质心到前轴距离，c表示车辆质心到后轴距离。
选取侧向与横摆两个自由度，得到车辆模型数学表达式为：
假设：忽略空气动力学、车辆悬架系统和转向系统基础上，将前后轮分别用一个等效的前轮和一个等效的后轮来代替整车动力学；稳定工况，前轮转角δ≤1，轮胎侧偏角α很小；vx在每个极小的预测时域内保持恒定；轮胎模型处于线性区域。
其中，轮胎侧向力近似公式为：
以侧向速度和横摆角速度为系统的状态变量X，以前轮转角δ为系统的输入u，此时可得到车辆二自由度模型的线性状态方程为:其中
其中，m表示车辆质量，Iz表示车身绕Z轴的转动惯量，表示横摆角速度，Cf表示前轮胎侧偏刚度，Cr表示后轮胎侧偏刚度。其余变量的意义与图中一致。
参见图4，为保证车辆行驶时的侧向稳定，可以取其中aymax＝0.4g。考虑到预测时域与整个换道时间相比是极其短暂的，将车辆在每一个预测时域内的侧向运动视为匀加速运动，则在每一个预测时域内vx的值保持恒定，但不同预测时域内的vx值则是变化的，在预测步长取值极小时，可以认为vx是时变的。
结合上述公式，整理可得车辆运动输出状态的表达式为：
yc＝CX+Du，
其中
结合车辆二自由度模型的线性状态方程表达式，整理可得车辆运动状态空间表达式完整形式。以采样周期Ts将状态空间模型进行离散化，可得离散化的状态空间方程：
其中，
为减少静差，可以引入增量模型：
根据模型预测算法的控制的基本理念，取预测时域为p，控制时域为m≤p。
在k时刻定义系统的输出为：
同时定义k时刻系统的输入序列为
忽略干扰信号的影响，根据模型预测算法的控制的基本原则和相关理论，可推导出k时刻被控输出的p步预测方程：
其中，
由于本实施例中要实现的是实际侧向位移跟踪上期望侧向位移，故将期望侧向位移ypr为输入，即其中r(k+i)＝ypr,i＝1,2,…,p，为满足控制需求，希望被控输出能最大化地接近参考输入，同时不希望控制动作太大，此时控制系统的优化问题可描述为：
J＝||Γy(Yp(k+1|k))-R(k+1)||+||Γu△U(k+1)||，
其中，Γy＝diag(Γy,1,Γy,2,…,Γy,p)为被控输出加权，Γu＝diag(Γu,1,Γu,2,…,Γu,m)为控制增量加权。求解该优化问题，便可得到k时刻的最优控制序列。
该控制系统可采用求解传统预测控制问题的方法对上述优化问题进行求解。参考求解开环优化解的方法，求得k时刻的最优控制序列为
其中，根据模型预测算法的控制的基本原理，将开环最优控制序列的第一个元素作用于系统，即△u(k)＝[1 0 … 0]△U*(k)。最优控制序列的第一元素即为跟踪第一预瞄点得到的车辆前向转角。
在新的时刻，被控车辆的状态也会进行更新，重新计算得到最优的控制输入，然后作用于当前车辆，如此往复，即实现了对车辆的变道控制。求解方法基于运动学公式的侧向位移，简化了模型预测算法的优化求解过程，其优化解可直接通过离线计算求得，大大缩短了运算周期。
采用上述方式依次可以确定车辆根据各个预瞄点时，对应的车辆前向转角。计算过程中，上述预瞄时间、采样时间、预测时域、控制时域和优化问题的加权系数可以根据实际情况进行设定，其中采样时间为上述车辆状态空间方程进行离散时的迭代时间。例如，当车辆输出侧向加速度与横摆角速度略偏大时，可以进一步增大预瞄时间以满足车辆实际行驶的横向稳定性。
S270、基于车辆前轮转角控制车辆行驶依次行驶到各个预瞄点，直到车辆换道至目标车道。
确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角之后，基于多个车辆前轮转角控制车辆依次行驶到各个预瞄点，最后一个预瞄点在目标车道上，行驶到最后一个预瞄点时，即实现车辆换道至目标车道。
本实施例能够根据实际道路情况与本车车速自动调整控制需求，引入权重系数来对各个优化目标的需求冲突进行衡量和处理，使得控制精度得以保证；提出基于运动学公式的侧向位移的求解方法，简化了模型预测算法的优化求解过程，使系统的运算速度可以满足车辆电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)的快变要求。本实施例中的车辆换道控制装置可以独立使用，也可以与高级巡航等智能控制器协同控制，驾驶员只需要拨动转向灯开关，就可以轻松实现换道。可以帮助部分初级驾驶员安全操作车辆，增强智能驾驶体验，降低了因为换道而出现交通事故的风险。
本实施例通过获取换道指令以及车道环境图像，根据车道环境图像确定车辆前方的车道线数据，根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道；根据速度信息和预瞄时间，确定预瞄点在车辆坐标系下的横坐标，根据目标车道的中心线上与预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定预瞄点在车辆坐标系下的纵坐标；利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角，基于车辆前轮转角控制车辆行驶依次行驶到各个预瞄点，使车辆换道至目标车道。其中，预瞄点的数量可以为多个，形成路径，本实施例可以根据实际道路情况与本车车速可以自动调整控制需求，提高了控制精度，并基于运动学理论控制车辆跟踪预瞄点进行换道，提高了运算速度以及控制效率。
实施例三
图8为本发明实施例三中的车辆换道控制装置的结构示意图，本实施例可适用于对行驶中的车辆进行换道控制的情况。本发明实施例所提供的车辆换道控制装置可执行本发明任意实施例所提供的车辆换道控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
该装置具体包括数据获取模块310、车道确定模块320、预瞄点模块330和换道模块340，其中：
数据获取模块310，用于获取换道指令以及车道环境图像；
车道确定模块320，用于根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道；
预瞄点模块330，用于根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，预瞄点的数量为至少一个；
换道模块340，用于控制车辆跟踪预瞄点进行换道。
本发明实施例通过获取换道指令以及车道环境图像，根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道，根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，控制车辆跟踪预瞄点进行换道。其中，预瞄点的数量可以为多个，形成路径，本发明实施例可以根据实际道路情况与本车车速可以自动调整控制需求，提高了控制精度，并基于运动学理论控制车辆跟踪预瞄点进行换道，提高了运算速度以及控制效率。
进一步的，车道确定模块320包括：
第一车道单元，用于根据车道环境图像确定车辆前方的车道线数据；
第二车道单元，用于根据换道指令以及车道线数据，确定目标车道。
进一步的，第二车道单元具体用于：
若换道指令为向左换道，则将车辆左侧相邻的车道确定为目标车道；
或，若换道指令为向右换道，则将车辆右侧相邻的车道确定为目标车道。
进一步的，预瞄点模块330具体用于：
根据速度信息和预瞄时间，确定预瞄点在车辆坐标系下的横坐标；
根据目标车道的中心线上与预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定预瞄点在车辆坐标系下的纵坐标，其中，预瞄点位于目标车道的中心线上。
进一步的，换道模块340包括：
转角单元，用于利用模型预测算法依次确定车辆跟踪各个预瞄点时的车辆前轮转角；
行驶单元，用于基于车辆前轮转角控制车辆行驶依次行驶到各个预瞄点，直到车辆换道至目标车道。
进一步的，转角单元包括：
位移子单元，用于将车辆所属行车道的道路线与各个预瞄点的垂直间距确定为期望侧向位移；
跟踪子单元，用于利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上期望侧向位移时的车辆前轮转角。
进一步的，跟踪子单元具体用于：
利用模型预测算法对车辆的运动状态拟合，得到侧向位移表达式；
依次将期望侧向位移作为侧向位移表达式的输入，确定实际侧向位移与期望侧向位移的偏差最小时的最优解，得到车辆前轮转角。
本发明实施例所提供的车辆换道控制装置可执行本发明任意实施例所提供的车辆换道控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图9为本发明实施例四中的车辆的结构示意图。图9示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性车辆412的框图。图9显示的车辆412仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示，车辆412以通用终端的形式表现。车辆412的组件可以包括但不限于：车辆本体(图中未示出)，一个或者多个处理器416，存储装置428，连接不同系统组件(包括存储装置428和处理器416)的总线418。
总线418表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储装置总线或者存储装置控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry SubversiveAlliance，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。
车辆412典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被车辆412访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储装置428可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)430和/或高速缓存存储器432。车辆412可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统434可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图9未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图9中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘，例如只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM),数字视盘(Digital Video Disc-Read Only Memory，DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线418相连。存储装置428可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块442的程序/实用工具440，可以存储在例如存储装置428中，这样的程序模块442包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块442通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
车辆412也可以与一个或多个外部设备414(例如键盘、指向终端、显示器424等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该车辆412交互的终端通信，和/或与使得该车辆412能与一个或多个其它计算终端进行通信的任何终端(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口422进行。并且，车辆412还可以通过网络适配器420与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network，LAN)，广域网(Wide Area Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图9所示，网络适配器420通过总线418与车辆412的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合车辆412使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、终端驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器416通过运行存储在存储装置428中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的车辆换道控制方法，该方法包括：
获取换道指令以及车道环境图像；
根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道；
根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，预瞄点的数量为至少一个；
控制车辆跟踪预瞄点进行换道。
实施例五
本发明实施例五还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的车辆换道控制方法，该方法包括：
获取换道指令以及车道环境图像；
根据换道指令以及车道环境图像，确定目标车道；
根据目标车道以及车辆的速度信息，确定车辆在预瞄时间后的预瞄点，预瞄点的数量为至少一个；
控制车辆跟踪预瞄点进行换道。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或终端上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车辆换道控制方法，其特征在于，包括：
获取换道指令以及车道环境图像；
根据所述换道指令以及所述车道环境图像，确定目标车道；
根据所述目标车道以及车辆的速度信息，确定所述车辆在预瞄时间后的预瞄点，所述预瞄点的数量为至少一个；
控制所述车辆跟踪所述预瞄点进行换道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述换道指令以及所述车道环境图像，确定目标车道，包括：
根据所述车道环境图像确定车辆前方的车道线数据；
根据所述换道指令以及所述车道线数据，确定目标车道。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述换道指令以及所述车道线数据，确定目标车道，包括：
若所述换道指令为向左换道，则将所述车辆左侧相邻的车道确定为所述目标车道；
或，若所述换道指令为向右换道，则将所述车辆右侧相邻的车道确定为所述目标车道。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标车道以及车辆的速度信息，确定所述车辆在预瞄时间后的预瞄点，包括：
根据所述速度信息和所述预瞄时间，确定所述预瞄点在车辆坐标系下的横坐标；
根据所述目标车道的中心线上与所述预瞄点相邻的两个车道数据点，采用线性插值方法确定所述预瞄点在所述车辆坐标系下的纵坐标，其中，所述预瞄点位于所述目标车道的中心线上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述车辆跟踪所述预瞄点进行换道，包括：
利用模型预测算法依次确定所述车辆跟踪各个所述预瞄点时的车辆前轮转角；
基于所述车辆前轮转角控制所述车辆行驶依次行驶到各个所述预瞄点，直到所述车辆换道至所述目标车道。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用模型预测算法依次确定所述车辆跟踪各个所述预瞄点时的车辆前轮转角，包括：
将所述车辆所属行车道的道路线与各个所述预瞄点的垂直间距确定为期望侧向位移；
利用所述模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上所述期望侧向位移时的所述车辆前轮转角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用模型预测算法依次确定实际侧向位移跟踪上所述期望侧向位移时的车辆前轮转角，包括：
利用所述模型预测算法对所述车辆的运动状态拟合，得到侧向位移表达式；
依次将所述期望侧向位移作为所述侧向位移表达式的输入，确定所述实际侧向位移与所述期望侧向位移的偏差最小时的最优解，得到所述车辆前轮转角。
8.一种车辆换道控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取换道指令以及车道环境图像；
车道确定模块，用于根据所述换道指令以及所述车道环境图像，确定目标车道；
预瞄点模块，用于根据所述目标车道以及车辆的速度信息，确定所述车辆在预瞄时间后的预瞄点，所述预瞄点的数量为至少一个；
换道模块，用于控制所述车辆跟踪所述预瞄点进行换道。
9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的车辆换道控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的车辆换道控制方法。
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