CN110893849B - 一种自动驾驶车辆避障换道控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能驾驶技术领域，特别是一种自动驾驶车辆避障换道控制方法及装置。获取车辆周围设定范围内障碍物信息，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离；当车辆需要避障换道时，根据车辆前方的障碍物信息得到车辆避障换道预瞄距离；根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险；若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道，有效的根据环境信息给出自动驾驶车辆避障换道的判定，解决了现有自动驾驶车辆在是否换道判定过程中不合理导致车辆行驶不安全的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能驾驶技术领域，特别是一种自动驾驶车辆避障换道控制方法及装置。
背景技术
随着人工智能、传感器技术和计算机科学的发展，无人自动驾驶汽车成为近年来研究的热点。无人车所涉及到的关键技术，例如环境感知、智能决策和路径规划等，都取得了重大发展。其中，无人车的智能决策的避障控制方法在提高无人车的智能化及安全可靠性中起到重要作用。
在当前人工智能技术发展情况下，车辆要实现自动驾驶，需要通过传感器探测车辆周围环境。通常采用视觉传感器、毫米波雷达传感器和激光雷达传感器来为避障控制算法提供感知数据。有中国专利公布号为CN104554008A的专利文献公开了一种车辆安全换道辅助系统，包括视频获取单元，获取车辆后部的道路图像；回波传感单元，检测车辆侧后方盲区内是否存在障碍车辆；处理单元，首先根据回波传感单元，判断在目标车内是否存在直接影响车辆并线或换道的障碍车辆，若存在障碍车辆，处理单元直接发出报警或者锁定方向盘，阻止驾驶员进行换道或并线动作。如果没有检测出能够直接影响车辆并线的障碍车辆，则通过视频获取单元获得图像，分析道路图像，判断车辆后方是否存在车辆；若存在车辆，计算车辆与本车的距离和相对速度；根据所述距离和相对速度，评估当前车辆换道的安全级别；设置在后视镜的显示单元，显示车辆换道的安全级别，辅助驾驶员的换道操作。
上述换道辅助系统通过检测相对距离和相对速度对换道的安全级别进行评估，并对应相应的提示、报警或操作，但无法直接应用于自动驾驶的车辆，以实现换道时的自动控制，且由于自动驾驶车辆缺乏人为控制，因此，上述系统采集的数据及判断方式无法有效地构成自动驾驶是否换道的判定，是否换道的判定不合理容易对行驶安全造成隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动驾驶车辆避障换道控制方法及装置，用以解决现有自动驾驶车辆在是否换道判定过程中不合理导致车辆行驶不安全的问题。
为了有效的根据环境信息给出自动驾驶车辆避障换道的判定，解决现有自动驾驶车辆在是否换道判定过程中不合理导致车辆行驶不安全的问题。本发明提供一种自动驾驶车辆避障换道控制方法，包括以下步骤：
1)获取车辆周围设定范围内障碍物信息，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离；
2)根据车辆前方的障碍物信息判断车辆是否需要避障换道，若是，则计算得到车辆避障换道预瞄距离；
3)根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险；
4)若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道。
进一步地，为了便于整车控制算法实现，步骤1)中得到车辆周围设定范围内的障碍物信息后在车辆坐标系下归一滤波并排序。
为了通过车辆中设置相应的模块实现上述的方法，本发明还提供一种自动驾驶车辆避障换道控制装置，包括：
用于获取车辆周围设定范围内障碍物信息的障碍物检测模块，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离；
用于根据车辆前方的障碍物信息得到车辆避障换道预瞄距离的路径规划模块；
以及用于根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险的换道控制模块，若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道。
进一步地，为了便于整车控制的实现，该控制装置还包括用于根据车辆周围设定范围内的障碍物信息后在车辆坐标系下归一滤波并排序的预处理模块。
进一步地，为了实现障碍物检测的准确性和障碍物检测的完整性，所述障碍物检测模块包括至少三个毫米波雷达。
进一步地，为了保证障碍物检测模块的探测范围，所述障碍物检测模块包括六个毫米波雷达，六个毫米波雷达分别设置于车辆的车身左侧、车身右侧、车身左前侧、车身右前侧、车身右后侧以及车身左后侧。
附图说明
图1是一种自动驾驶车辆避障换道控制方法的流程图；
图2是一种自动驾驶车辆避障换道控制装置中障碍物检测模块安装的示意图；
图3是一种自动驾驶车辆避障换道控制装置中障碍物检测模块检测区域的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种自动驾驶车辆避障换道控制装置，包括：用于获取车辆周围设定范围内障碍物信息的障碍物检测模块；用于根据车辆前方的障碍物信息得到车辆避障换道预瞄距离的路径规划模块；以及用于根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险的换道控制模块；优选还包括用于根据车辆周围设定范围内的障碍物信息后在车辆坐标系下归一滤波并排序的预处理模块。
障碍物检测模块将检测到的信息经过预处理模块进行处理，得到相应的数据用于路径规划和换道控制，换道控制模块的输入端连接路径规划模块和障碍物检测模块，路径规划模块的输入端也连接障碍物检测模块，实现一种自动驾驶车辆避障换道控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)获取车辆周围设定范围内障碍物信息，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离。
2)根据车辆前方的障碍物信息判断车辆是否需要避障换道，若是，则计算得到车辆避障换道预瞄距离。
3)根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险。
4)若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道。
其中，预瞄距离公式为：S＝V*T+L，其中S为预瞄距离，V为当前车辆相对于车辆前方的障碍物的速度，T为预瞄时间，L为静态窗口预瞄距离，该L可根据情况进行调整，该预瞄距离是根据车辆和前方障碍物的相对速度、预瞄时间以及静态窗口预瞄距离来动态确定的，且与相对速度及预瞄时间强相关，以确保在不同车速下预瞄距离的准确性。
具体的是，障碍物检测模块可以是雷达传感器、图像传感器等，优选障碍物检测模块为至少三个毫米波雷达，以检测车辆前侧、左侧和右侧的障碍物信息，优选障碍物检测模块包括六个毫米波雷达，将毫米波雷达在车身左前、右前、左中、右中、左后、右后按照特定角度安装。如图2所示，本发明采用实验车辆为10.5米长，2.5米宽，在车辆左前、左中，左后，右前，右中，右后安装6个毫米波雷达，为保证毫米波雷达探测范围，在车辆左前、右前、左后、右后位置，每个雷达都有自身的坐标系，且毫米波雷达与车身保持45°倾角，车辆坐标系以沿车头向前为X正向，以沿车身向右为Y正向，坐标原点为车辆后轴中心，采用此种布置方式目的是为了最大幅度覆盖大客车车身左右侧范围，雷达大致探测范围及区域如图3所示。
上述的路径规划模块、避障换道模块和预处理模块可以集成于一个智能控制器，该控制器通过CAN通道获取车辆侧面毫米波雷达传输过来的目标障碍物数据，然后根据距离车身一定距离范围来滤波及约束障碍物信息，然后对障碍物信息数据进行排序，其中，排序依据是根据障碍物的距离远近对障碍物信息进行冒泡排序，排序方式是通过数字大小进行标记的，主要是为了更快捷的处理数据。
本发明将左前、左中、左后三个毫米波雷达数据按照侧向距离车辆原点10米(Y方向)，纵向距离车辆原点40米(X方向)内障碍物按照侧向距离车辆原点距离排序提取30个障碍物信息序列X_L[30]，Y_L[30]，VX_L[30]，VY_L[30]，其中X_L、Y_L为车辆左侧障碍物在车辆坐标系下的纵向和侧向位置信息，VX_L、VY_L为车辆左侧障碍物在车辆坐标系下的纵向和侧向速度信息。同理可得到右前、右中、右后三个毫米波采集的排序障碍物信息序列X_R[30]，Y_R[30]，VX_R[30]，VY_R[30]，其中X_R、Y_R为车辆右侧障碍物在车辆坐标系下的纵向和侧向位置信息，VX_R、VY_R为车辆右侧障碍物在车辆坐标系下的纵向和侧向速度信息。最后对获取的障碍物信息序列数据进行逻辑运算，得出避障换道指令。具体分为向左避障和向右避障两种情况。
例如向左避障判断逻辑如下：具体结合X_L[30]，Y_L[30]，VX_L[30]和VY_L[30]数据，当左侧障碍物在2秒内能达到车身左侧4米内且障碍物在2s内不能向前超越车辆和车辆前进预瞄距离的总长度时，认为目标障碍物危险，禁止车辆向左换道。
具体结合X_R[30]，Y_R[30]，VX_R[30]和VY_R[30]数据，当右侧障碍物在2秒内能达到车身右侧4米内且障碍物在2s内不能向前超越车辆和车辆前进预瞄距离的总长度时，认为目标障碍物危险，禁止车辆向右换道。设置2s是基于本车与前方障碍物的安全时距考虑，根据跟车巡航功能统计人们接受的本车与前车时距一般保持在1.1～2.2s，因此本发明选取2s作为本车与左右车道障碍物安全时距参考值。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种自动驾驶车辆避障换道控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取车辆周围设定范围内障碍物信息，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离；
2)根据车辆前方的障碍物信息判断车辆是否需要避障换道，若是，则计算得到车辆避障换道预瞄距离；
3)根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险；
4)若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道；
所述预瞄距离的计算公式为：
S＝V*T+L，其中S为预瞄距离，V为车辆相对于车辆前方的障碍物的速度，T为预瞄时间，L为静态窗口预瞄距离。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆避障换道控制方法，其特征在于，步骤1)中得到车辆周围设定范围内的障碍物信息后在车辆坐标系下归一滤波并排序。
3.一种自动驾驶车辆避障换道控制装置，其特征在于，包括：
用于获取车辆周围设定范围内障碍物信息的障碍物检测模块，该障碍物信息包括障碍物相对本车辆速度和障碍物相对本车辆距离；
用于根据车辆前方的障碍物信息得到车辆避障换道预瞄距离的路径规划模块；
以及用于根据换道方向的侧方障碍物信息判断车辆是否存在换道危险的换道控制模块，若侧方障碍物在设定时间内到达车辆换道方向的侧方设定距离，且在该设定时间内不能超过车辆避障换道预瞄距离，则判断为换道危险，禁止车辆沿该换道方向换道；
所述预瞄距离的计算公式为：
S＝V*T+L，其中S为预瞄距离，V为车辆相对于车辆前方的障碍物的速度，T为预瞄时间，L为静态窗口预瞄距离。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶车辆避障换道控制装置，其特征在于，还包括用于根据车辆周围设定范围内的障碍物信息后在车辆坐标系下归一滤波并排序的预处理模块。
5.根据权利要求3或4所述的自动驾驶车辆避障换道控制装置，其特征在于，所述障碍物检测模块包括至少三个毫米波雷达。
6.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆避障换道控制装置，其特征在于，所述障碍物检测模块包括六个毫米波雷达，六个毫米波雷达分别设置于车辆的车身左侧、车身右侧、车身左前侧、车身右前侧、车身右后侧以及车身左后侧。
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