CN111275986B - 一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置及方法 - Google Patents

一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置，包括车载GPS、车载电子地图、车速传感器、车载毫米波雷达和汇入决策模块。还公开了一种风险决策方法：首先对自车车辆进行实时定位；然后结合实时定位信息，采集自车车辆的精确位置以及自车车辆距离加速车道末端的剩余长度；再采集自车车辆的实时速度以及主干道上自车后方车辆的速度、自车与后方车辆的距离以及自车与后方车辆的角度；车辆进入加速车道后，计算实时的汇入风险等级；最后根据实时的汇入风险等级决策车辆的汇入方式。本发明为车辆在进入合流区后提供一种合适的汇入方式，从而可提升车辆的汇入效率，提高主车道的行驶效率，降低交通事故发生率。

Description

一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车行驶安全技术领域，具体涉及一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置及方法。
背景技术
随着机动车保有量的迅速攀升，道路交通安全越来越受到重视。据统计，由驾驶人操作失误而引起的交通事故占总事故的90％。此外，随着人工智能技术和高级驾驶辅助技术的发展，未来道路环境必定是自动驾驶车辆和传统车辆共同行驶的环境。自动驾驶车辆需对周围环境进行感知并决策，从而执行安全的驾驶策略。
车辆由加速车道进入主车道的合流区一直是危险系数较高的区域。在汇入阶段，传统环境下，驾驶人往往需要对主车道上的车辆进行观察，判断当前环境是否满足汇入条件，来避免可能由于汇入导致的潜在风险。此阶段对驾驶人的驾驶技巧和判断经验要求较高，且可能需要驾驶人具有一定的风险承担能力，来避免低风险情况时的汇入失败。当主车道上的车流量较大时，驾驶经验不足的新手驾驶人往往会汇入失败，由此可能会影响到后续车辆的安全行驶。此外，部分驾驶人由于安全意识不高，有时会在未经加速就强制汇入主道，这可能会迫使主车道上的车辆减速或紧急制动，使主车道行驶效率较低，甚至引发交通事故。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置及方法，为车辆在进入合流区后提供一种合适的汇入方式，从而可提升车辆的汇入效率，提高主车道的行驶效率，降低交通事故发生率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置，包括车载GPS、车载电子地图、车速传感器、车载毫米波雷达和汇入决策模块。
所述车载GPS的输出端与所述车载电子地图的输入端连接，所述车载电子地图的输出端与所述汇入决策模块的输入端连接，所述车载毫米波雷达的输出端与所述汇入决策模块的另一输入端连接，所述车速传感器通过车载CAN总线与所述汇入决策模块连接。
本发明技术方案一的特点及进一步的改进在于：
(1)所述车载GPS用于对车辆进行实时定位并输出自车当前位置；
所述车载电子地图用于结合所述车载GPS所获得的自车当前位置对自车位置进行实时监测；
所述车速传感器用于采集自车的实时车速；
所述车载毫米波雷达用于采集自车、自车后方车辆的运动参数，以及自车、自车后方车辆相互之间的距离参数；
所述汇入决策模块用于接收所述车载GPS、车载电子地图、车速传感器以及车载毫米波雷达所输出的信息，并根据所述信息确定车辆的汇入方式。
(2)所述汇入决策模块设置于自车内部。
技术方案二：
一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，基于上述车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置，包括以下步骤：
步骤1，车载GPS对自车车辆进行实时定位；
步骤2，车载电子地图结合车载GPS所输入的实时定位信息，采集自车车辆的精确位置以及自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr；
步骤3，车速传感器采集自车车辆的实时速度v0；
步骤4，车载毫米波雷达采集主干道上自车后方车辆的速度v1、自车与自车后方车辆的距离d0以及自车与自车后方车辆的角度α1；
步骤5，汇入决策模块根据步骤2所采集的自车车辆的精确位置，监测车辆的实时位置，当车辆到达合流区入口时，控制车辆加速并开启左转向灯；
步骤6，车辆进入加速车道后，汇入决策模块根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，计算实时的汇入风险等级；
步骤7，汇入决策模块根据步骤6所获得的实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式。
本发明技术方案二的特点及进一步的改进在于：
(1)步骤6包含以下子步骤：
子步骤6.1，汇入决策模块根据步骤4所采集的主干道上自车后方车辆的速度v1，以及自车车辆与自车后方车辆的角度α1，获得自车与自车后方车辆的相对距离d1；
子步骤6.2，汇入决策模块根据根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，以及子步骤6.1所获得的信息，计算实时的汇入风险等级。
(2)所述获得自车与后方车辆的相对距离d1，具体为：
汇入决策模块建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；自车与自车后方车辆的角度为α1，自车与自车后方车辆的距离为d0，根据余弦定理，计算获得自车与后方车辆的相对距离d1。
(3)步骤6中，所述计算实时的汇入风险等级具体为：
Figure BDA0002378419820000041
Figure BDA0002378419820000042
其中，round为四舍五入函数。
(4)步骤7包含以下子步骤：
子步骤7.1，将步骤6所获得的实时的汇入风险等级划分为N级，每个等级记为Riskn，其中，1≤n≤N；
子步骤7.2，根据子步骤7.1所划分的实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式，具体为：
情况A，当车载毫米波雷达未检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，认为实时的汇入风险等级为最小级，车辆自由汇入主干道；
情况B，当车载毫米波雷达检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，结合自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr和实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式。
(5)子步骤7.2的情况B中，设置自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr的安全阈值为l；
当Dr≥l，且实时的汇入风险等级≤Riskn1，自车车辆自由汇入；其中，1<n1<N；
当Dr≥l，且实时的汇入风险等级≥Riskn2时，自车车辆停止加速，等待后方车辆通过后汇入；其中，n1<n2<N；
当Dr<l，且实时的汇入风险等级≤Riskn1时，自车车辆自由汇入；
当Dr<l，且Riskn2≤实时的汇入风险等级<RiskN时，自车车辆强制汇入；
当Dr<l，且实时的汇入风险等级≥RiskN时，自车车辆减速等待后方车辆通过后强制汇入。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置通过车载GPS和车载电子地图实现自车车辆的准确定位；通过车速传感器和车载毫米波雷达实现对自车和目标车辆的速度以及相对距离的采集；汇入决策模块对采集到的自车车辆定位信息控制自车车辆加速并开启左转向灯，在加速阶段调整自车车速使自车车辆满足汇入前的速度要求，通过汇入决策规则和风险判定规则确定汇入决策，从而提高汇入效率，避免潜在风险。
本发明还提供了一种上述决策装置的决策方法，可在多种复杂场景下实现车辆的汇入动作；本发明在工作时，只需通过车载GPS和车载电子地图对车辆进行实时准确定位，并通过车速传感器和毫米波雷达对周围车辆的运动状态进行观测，汇入决策模块根据采集的信息根据汇入决策规则以及风险等级判定规则即可得到汇入方式，提高汇入效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明提供的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置的一种实施例的结构框图；
图2为本发明提供的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法的一种实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的车辆于加速车道自主汇入主干道的场景示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1，本发明提供了一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置，包括车载GPS、车载电子地图、车速传感器、车载毫米波雷达和汇入决策模块。
所述车载GPS的输出端与所述车载电子地图的输入端连接，所述车载电子地图的输出端与所述汇入决策模块的输入端连接，所述车载毫米波雷达的输出端与所述汇入决策模块的另一输入端连接，所述车速传感器通过车载CAN总线与所述汇入决策模块连接。
其中，所述车载GPS用于对车辆进行实时定位并输出自车当前位置；
所述车载电子地图用于结合所述车载GPS所获得的自车当前位置对自车位置进行实时监测；
所述车速传感器用于采集自车的实时车速；
所述车载毫米波雷达用于采集自车、自车后方车辆的运动参数，以及自车、自车后方车辆相互之间的距离参数；
所述汇入决策模块用于接收所述车载GPS、车载电子地图、车速传感器以及车载毫米波雷达所输出的信息，并根据所述信息确定车辆的汇入方式。
以上实施例中，车载GPS安装于车辆内，车速传感器安装于车辆右前轮上，车载毫米波雷达安装于车辆后车牌的左侧，汇入决策模块设置于自车内部。
具体的，毫米波雷达为德尔福ESR毫米波雷达；汇入决策模块为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。
参考图2和图3，本发明还提供了一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，包括以下步骤：
步骤1，车载GPS对自车车辆进行实时定位；
步骤2，车载电子地图结合车载GPS所输入的实时定位信息，采集自车车辆的精确位置以及自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr；
步骤3，车速传感器采集自车车辆的实时速度v0；
步骤4，车载毫米波雷达采集主干道上自车后方车辆的速度v1、自车与自车后方车辆的距离d0以及自车与自车后方车辆的角度α1；
步骤5，汇入决策模块根据步骤2所采集的自车车辆的精确位置，监测车辆的实时位置，当车辆到达合流区入口时，控制车辆加速并开启左转向灯；
步骤6，车辆进入加速车道后，汇入决策模块根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，计算实时的汇入风险等级。
包含以下子步骤：
子步骤6.1，汇入决策模块根据步骤4所采集的主干道上自车后方车辆的速度v1，以及自车车辆与自车后方车辆的角度α1，获得自车与自车后方车辆的相对距离d1。
其中，获得自车与自车后方车辆的相对距离d1具体为：
汇入决策模块建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；自车与自车后方车辆的角度为α1，自车与自车后方车辆的距离为d0，根据余弦定理，计算获得自车与后方车辆的相对距离d1。
子步骤6.2，汇入决策模块根据根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，以及子步骤6.1所获得的信息，计算实时的汇入风险等级。
风险等级Risklevel由两部分组成，第一部分与加速车道剩余长度相关，第二部分与汇入车辆与主车道上后车的碰撞时间(TTC，time to collision)相关，其计算公式为：
Figure BDA0002378419820000081
Figure BDA0002378419820000082
其中，round为四舍五入函数。即加速车道剩余长度和碰撞时间与汇入风险成反比。上述计算公式在计算过程中，所涉及的参数均采用传感器获取到的数值，不考虑单位影响。
步骤7，汇入决策模块根据步骤6所获得的实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式。
不同汇入方式由当前环境和汇入车辆的状态决定。当自车车辆进入加速车道，开始加速，汇入决策模块根据当前环境计算实时的汇入风险等级，建立风险等级规则。
示例性的，
本实施例中，将所获得的实时的汇入风险等级划分为5级。当前情况可根据自车车辆之后有无后方车辆，分为以下两种大情况：
情况A，当车载毫米波雷达未检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，认为实时的汇入风险等级为最小级，即1级，此时，车辆可自由汇入主干道。
情况B，当车载毫米波雷达检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，需要结合自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr和实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式。
具体决策规则如下：
当Dr≥60米，且实时的汇入风险等级≤2级时，则自车车辆自由汇入；
当Dr≥60米，且实时的汇入风险等级≥3级时，则自车车辆停止加速，等待后方车辆通过后汇入；
当Dr<60米，且实时的汇入风险等级≤2级时，则自车车辆自由汇入；
当Dr<60米，且3≤实时的汇入风险等级<5级时，则自车车辆强制汇入；
当Dr<60米，且实时的汇入风险等级≥5级时，则自车车辆减速等待后方车辆通过后强制汇入。
本发明选取的汇入决策评价指标考虑了加速车道剩余长度，并结合自车于周围环境车辆的相对距离，建立风险等级规则，该规则可承担一定程度的汇入风险，具有较高的实用性。工作时车载GPS对车辆进行实时定位，结合车载电子地图实现车辆的精确定位，汇入决策模块根据车辆所处位置信息自动触发，同时通过车速传感器对即将汇入的本车车速进行采集，车载毫米波雷达对周围目标车辆的运动参数进行采集，汇入决策模块根据加速车道剩余长度、汇入决策规则以及风险判定规则，决策车辆当前的汇入方式。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，包括车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策装置，其特征在于，
所述风险决策装置包括车载GPS、车载电子地图、车速传感器、车载毫米波雷达和汇入决策模块；
所述车载GPS的输出端与所述车载电子地图的输入端连接，所述车载电子地图的输出端与所述汇入决策模块的输入端连接，所述车载毫米波雷达的输出端与所述汇入决策模块的另一输入端连接，所述车速传感器通过车载CAN总线与所述汇入决策模块连接；
所述车载GPS用于对车辆进行实时定位并输出自车当前位置；
所述车载电子地图用于结合所述车载GPS所获得的自车当前位置对自车位置进行实时监测；
所述车速传感器用于采集自车的实时车速；
所述车载毫米波雷达用于采集自车、后方车辆的运动参数，以及自车、自车后方车辆相互之间的距离参数；
所述汇入决策模块用于接收所述车载GPS、车载电子地图、车速传感器以及车载毫米波雷达所输出的信息，并根据所述信息确定车辆的汇入方式；
所述方法包括以下步骤：
步骤1，车载GPS对自车车辆进行实时定位；
步骤2，车载电子地图结合车载GPS所输入的实时定位信息，采集自车车辆的精确位置以及自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr；
步骤3，车速传感器采集自车车辆的实时速度v0；
步骤4，车载毫米波雷达采集主干道上自车后方车辆的速度v1、自车与自车后方车辆的距离d0以及自车与自车后方车辆的角度α1；
步骤5，汇入决策模块根据步骤2所采集的自车车辆的精确位置，监测车辆的实时位置，当车辆到达合流区入口时，控制车辆加速并开启左转向灯；
步骤6，车辆进入加速车道后，汇入决策模块根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，计算实时的汇入风险等级；
包含以下子步骤：
子步骤6.1，汇入决策模块根据步骤4所采集的主干道上自车后方车辆的速度v1，以及自车车辆与自车后方车辆的角度α1，获得自车与自车后方车辆的相对距离d1；
子步骤6.2，汇入决策模块根据根据步骤2至步骤4所采集的自车以及自车后方车辆的信息，以及子步骤6.1所获得的信息，计算实时的汇入风险等级；所述计算实时的汇入风险等级具体为：
Figure FDA0003072777340000021
Figure FDA0003072777340000022
其中，round为四舍五入函数；
步骤7，汇入决策模块根据步骤6所获得的实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式；
包含以下子步骤：
子步骤7.1，将步骤6所获得的实时的汇入风险等级划分为N级，每个等级记为Riskn，其中，1≤n≤N；
子步骤7.2，根据子步骤7.1所划分的实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式，具体为：
情况A，当车载毫米波雷达未检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，认为实时的汇入风险等级为最小级，车辆自由汇入主干道；
情况B，当车载毫米波雷达检测到自车车辆的后方存有后方车辆时，结合自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr和实时的汇入风险等级，决策车辆的汇入方式；
情况B中，设置自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr的安全阈值为L；
当Dr≥L，且实时的汇入风险等级≤Riskn1，自车车辆自由汇入；其中，2≤n1<N；
当Dr≥L，且实时的汇入风险等级≥Riskn2时，自车车辆停止加速，等待后方车辆通过后汇入；其中，n1<n2<N；
当Dr<L，且实时的汇入风险等级≤Riskn1时，自车车辆自由汇入；
当Dr<L，且Riskn2≤实时的汇入风险等级<RiskN时，自车车辆强制汇入；
当Dr<L，且实时的汇入风险等级≥RiskN时，自车车辆减速等待后方车辆通过后强制汇入。
2.根据权利要求1所述的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，其特征在于，所述获得自车与后方车辆的相对距离d1，具体为；
汇入决策模块建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；自车与自车后方车辆的角度为α1，自车与自车后方车辆的距离为d0，根据余弦定理，计算获得自车与后方车辆的相对距离d1。
3.根据权利要求1所述的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，其特征在于，所述自车车辆距离加速车道末端的剩余长度Dr的安全阈值L为60m。
4.根据权利要求1所述的车辆于加速车道自主汇入主干道的风险决策方法，其特征在于，所述N为5，n1为2，n2为3。
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