CN111552302B - 带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法，行驶在直行车道的A车与行驶在辅助并线车道上的B车分别判断各自车道和对方车道上是否有车，并通过速度判断或距离判断，使A车和B车在汇入车道段行驶时，可以分别以略微偏向一侧的方式行驶，这样的行驶方式使得A车和B车并行时的实际横向距离较大，有效提高了行车安全性能。

Description

带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法

本申请是申请号为：201910633072.2，申请日：2019-07-12，专利名称“汽车自动驾驶并线控制方法”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，特别涉及一种带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法。

背景技术

目前汽车自动驾驶技术中，当汽车在直线车道上行驶时，一般的控制策略是使车辆保持行驶在车道中央位置，这样可以有效保持两并行车辆之间的横向距离，而如果高速公路或专用车道中出现了汇入车道，则行驶在辅助汇入车道上的车辆仍然保持对中行驶，由于辅助汇入车道的宽度是逐渐变窄并消失，则汇入正常车道前，行驶在辅助汇入车道上的汽车在未变道前，由于其所在的车道线宽度逐渐变窄，而该车仍是对中行驶，从而使得该车与正常车道上行驶的汽车之间的实际横向距离变小，如图1所示的，两车的横向距离过小很可能使两个并行的车辆发生剐蹭或碰撞，非常不安全，这样的情况在实际的汽车自动驾驶实验中已经发生过，且造成过相关的安全事故。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种行驶安全性高的带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法，当汽车在车道上直线行驶且处于自动驾驶模式时，自动调整其车身左右两侧与该车道两侧的车道线之间的距离D1、D2，使D1＝D2；当汽车所在的车道前方路段一侧出现汇入车道时，将直行车道C1中的汽车记为A车，将与C1相邻的汇入车道中的汇入段C2中的汽车记为B车；汇入段C2后方为一段直线路程的辅助直行段C3，C3后方为宽度逐渐变小的合并段C4，C4最终与C1合并；D1为A车远离汇入段C2的一侧的距离，D2为A车靠近汇入段C2的一侧的距离；B车靠近C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D3，B车远离C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D4；C1路段中与C2、C3、C4并行的路段称为并线段车道；

带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法为：当A车距离汇入段C2的入口处的距离L1小于某一值时，则控制A车使D1＜D2；

当A车驶过C1中与汇入段C2的平行段，并开始与辅助直行段C3并行后，A车判断辅助直行段C3中是否有至少一辆B车，如没有，则A车在与C3段并行过程中恢复D1＝D2方式行驶，如A车判断C3中有至少1辆B车，则A车在与C3段并行过程中仍保持D1＜D2的方式行驶；

A车在C1中行驶到距合并段C4起始处的距离L2小于某一值时，判断合并段C4中是否有至少一辆B车，如没有，则A车恢复D1＝D2方式行驶，直到驶离并线段车道；如C4中至少有一辆B车，则判断至少一辆B车中的最高车速V2与A车车速V1，当V1≥V2，则A车以D1＝D2方式行驶，并保持原速行驶，同时向C4中的所有B车发送让行信号，所有B车接收到让行信号后降速或保持原速，并从A车后方并入C1车道中；当V1＜V2，则A车以D1＜D2方式行驶，并降速行驶，同时向C4中所有B车发送通过信号，所有B车接收到通过信号后保持原速或加速，并从A车前方并入C1车道中，A车、B车行驶过并线段车道后，保持D1＝D2、D3＝D4方式继续行驶。

优选的，所述的A车为乘用车时，当A车以D2大于D1的方式运行时，D2-D1≤500-1000mm；所述的A车为商用车时，当A车以D2大于D1的方式运行时，D2-D1≤200-600mm。

优选的，所述的B车在汇入段C2中行驶时，始终保持D3＞D4。

本发明具有以下有益效果：通过特殊的判断流程，使A车和B车在汇入车道段行驶时，以略微偏向一侧的方式行驶，这样的行驶方式使得A车和B车并行时的实际横向距离较大，有效提高了行车安全性能。

附图说明

图1为现有技术中A车与B车并行且横向距离较小情况示意图；

图2为A车驶入并行车道段前L1小于某一值时A车调整行驶示意图；

图3为A车驶入C1中与C3平行段后判断C3中有B车后，A车调整行驶示意图；

图4为A车在C1中行驶时L2小于某一值后，判断C4中没有B车示意图；

图5为A车在C1中行驶时L2小于某一值后判断C4中有B车且A车先通过示意图；

图6为A车在C1中行驶时L2小于某一值后判断C4中有B车且B车先通过示意图；

图7为自动驾驶并线控制方法流程图。

具体实施方式

当汽车在车道上直线行驶且处于自动驾驶模式时，通常的控制方法是自动调整其车身左右两侧与该车道两侧的车道线之间的距离D1、D2，使D1＝D2；根据美国SAE J3016(TM)《标准道路机动车驾驶自动化系统分类与定义》中，将带有自动驾驶功能的汽车划分的L0级-L5级，本申请中所述的带有自动驾驶模式的汽车至少为L3级或L4级或L5级；也就是说，本申请所述的汽车至少应包含以下硬件设备：

(1)自动驾驶汽车传感器，可以是激光雷达或毫米波雷达或摄像头或组合导航，也可以是其他方式的传感器；自动驾驶汽车传感器至少需要采集的参数包括本车车速、本车定位位置、行车地图、行车地图中静止的障碍物位置、行车地图中周围移动物体位置、行车地图中周围移动物体运动速度及运动方向；

如采用激光雷达，一般安装在车顶，360度同轴旋转，可提供周围一圈的点云信息，激光雷达不仅用于车辆感知，也用于定位和高精度地图的测绘；

如采用摄像头，则摄像头的光线通过镜头、滤光片到后段的CMOS或CCD集成电路，将光信号转换成电信号，再经过图像处理器(ISP)转换成标准的RAW，RGB或YUV等格式的数字图像信号，再通过数据传输接口传输到计算单元；

如采用毫米波雷达和激光雷达，则工作基本原理是发射一束电磁波，通过观察回波和射入波的差异来计算距离和速度，主要分24G和77G，使用雷达时主要安装是在前、后保险杠和车身侧面；

如采用组合导航,一般是将GNSS+INS融合在一起，GNSS板卡通过天线接收GPS和RTK信号，解析计算出自身的空间位置，当车辆行驶到林荫路，或者是有些建筑物，GPS就会没信号或者产生多径效应，定位就会产生偏移和不准，此时需要通过INS的信息融合来进行组合运算，以精确定位本车位置。

上述多个自动驾驶汽车传感器可以根据需要组合其中几个或者全部使用，这里推荐采用特斯拉model 3采用的传感器组合方式，包括3个前置摄像头(不同视角 广角、长焦、中等)；2个侧边摄像头(一左一右)；3个后置摄像头；沿车身四周布置12个超声波传感器；车头设置一个前置雷达；车位设置一个后置倒车摄像头，该布置方式下，汽车可精确定位自身在车道中的位置，同时可以探测前、后、左、右的移动物体和障碍物，还可以通过摄像头精确采集车道线、红绿灯等道路标识。

(2)处理器及通信设备，处理器可以根据传感器数量和类型的不同而选择不同的类型，例如特斯拉的FSD处理器，也可以是英伟达的Drive Xavier处理器，也可以是百度开源的Nuvo-5095G，也可以根据传感器的类型和数量，使用单片机或PLC控制板实现。通信设备

(3)执行元件，至少包括方向盘辅助电机、制动踏板辅助电机、油门辅助电机，执行元件可以直接采用现有的产品，例如特斯拉model s上使用的方向盘驱动电机、制动踏板驱动电机以及油门踏板驱动电机，也可以使用蔚来ES 8汽车上的自动驾驶辅助机构套件，也可以根据汽车的结构自行设计辅助电机。

因本技术方案只涉及自动驾驶模式下的控制流程的优化，并不涉及硬件部分，以上对于带有自动驾驶模式的汽车的硬件部分的描述只是为了说明带有自动驾驶模式的汽车已经具有多个成熟产品，尤其是硬件部分，目前包括谷歌、百度、高通等公司已经提供了一整套完善的自动驾驶硬件设备，且均提供了开源软件系统以供编辑或直接使用，而各家公司产品主要的区别实际上是在于算法的不同，因此本技术方案可以选择直接使用现有的成熟硬件产品，不需要自行设计。

本技术方案在对自动驾驶模式下的控制流程优化的过程中，也仅仅是针对高速公路或专用道路中出现的并线段这一特殊路段进行的特殊优化，而不需要对自动驾驶控制的全流程进行设计，自动驾驶过程中的基本控制，仍然可以采用现有的成熟软件模块，例如OpenCV或libQGLViewer，这两个软件中均包含了多个可以直接调用的自动驾驶控制模块，例如相机标定程序、目标检测程序、识别程序、跟踪程序等。

当汽车在车道上直线行驶且处于自动驾驶模式时，自动调整其车身左右两侧与该车道两侧的车道线之间的距离D1、D2，使D1＝D2；当汽车所在的车道前方路段一侧出现汇入车道时，将直行车道C1中的汽车记为A车，将与C1相邻的汇入车道中的汇入段C2中的汽车记为B车；汇入段C2后方为一段直线路程的辅助直行段C3，C3后方为宽度逐渐变小的合并段C4，C4最终与C1合并；D1为A车远离汇入段C2的一侧的距离，D2为A车靠近汇入段C2的一侧的距离；B车靠近C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D3，B车远离C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D4；C1路段中与C2、C3、C4并行的路段称为并线段车道；

带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法为：当A车距离汇入段C2的入口处的距离L1小于某一值时，则控制A车使D1＜D2，如图2所示；

当A车驶过C1中与汇入段C2的平行段，并开始与辅助直行段C3并行后，A车判断辅助直行段C3中是否有至少一辆B车，如没有，则A车在与C3段并行过程中恢复D1＝D2方式行驶，如A车判断C3中有至少1辆B车，则如图3所示的，A车在与C3段并行过程中仍保持D1＜D2的方式行驶；

A车在C1中行驶到距合并段C4起始处的距离L2小于某一值时，判断合并段C4中是否有至少一辆B车，如没有，如图4所示的，则A车恢复D1＝D2方式行驶，直到驶离并线段车道；如C4中至少有一辆B车，如图5所示的，则判断至少一辆B车中的最高车速V2与A车车速V1，当V1≥V2，则A车以D1＝D2方式行驶，并保持原速行驶，同时向C4中的所有B车发送让行信号，所有B车接收到让行信号后降速或保持原速，并从A车后方并入C1车道中；如图6所示的，当V1＜V2，则A车以D1＜D2方式行驶，并降速行驶，同时向C4中所有B车发送通过信号，所有B车接收到通过信号后保持原速或加速，并从A车前方并入C1车道中，A车、B车行驶过并线段车道后，保持D1＝D2、D3＝D4方式继续行驶。

传统的控制方式下，A车和B车在通过汇入车道时，由于两车道变成单车道时，A车以D1＝D2方式行驶，B车以D3＝D4方式行驶，则在车道并入处，由于B车前方车道逐步变窄而提前向A车道靠近，从而可能产生A车和B车横向距离过近的问题，而本技术方案通过特殊的判断流程，使A车和B车在汇入车道段行驶时，以略微偏向一侧的方式行驶，这样的行驶方式使得A车和B车并行时的实际横向距离较大，有效提高了行车安全性能。

更好的实施方式是：所述的A车为乘用车时，当A车以D2大于D1的方式运行时，D2-D1≤500-1000mm；考虑到乘用车车身宽度1600-1900mm之间，城市道路和高速公路车道宽度3500-3750mm之间；这样的尺寸设计较为合适；所述的A车为商用车时，当A车以D2大于D1的方式运行时，考虑到商用车车身宽度1600-2200mm之间，D2-D1≤200-600mm。

更好的实施方式是：所述的B车在汇入段C2中行驶时，始终保持D3＞D4。这样可以避免B车进入C3时，还未被A车发现的情况下保持与A车合适的距离。

当B车驶入C3段后，判断与C3、C4并行的C1中是否有至少一辆A车，如有，则B车判断本车与所有A车的距离，若距离合适则B车在C3段中并入C1，然后将B车标记变为A车，并在剩余路程以A车行驶条件行驶；如距离不合适，则B车行驶至C4段中后再并入C1中。

Claims (1)

1.带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法，当汽车在车道上直线行驶且处于自动驾驶模式时，自动调整其车身左右两侧与该车道两侧的车道线之间的距离D1、D2，使D1=D2；当汽车所在的车道前方路段一侧出现汇入车道时，将直行车道C1中的汽车记为A车，将与C1相邻的汇入车道中的汇入段C2中的汽车记为B车；汇入段C2后方为一段直线路程的辅助直行段C3，C3后方为宽度逐渐变小的合并段C4，C4最终与C1合并；D1为A车远离汇入段C2的一侧的距离，D2为A车靠近汇入段C2的一侧的距离；B车靠近C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D3，B车远离C1车道的一侧车身与B车所在的车道中该侧车道线之间的距离为D4；C1路段中与C2、C3、C4并行的路段称为并线段车道；

所述的汽车至少包含以下硬件设备：

（1）自动驾驶汽车传感器，自动驾驶汽车传感器为激光雷达或毫米波雷达或摄像头；

（2）处理器及通信设备，处理器及通信设备为英伟达的Drive Xavier处理器或百度开源的Nuvo-5095G或PLC控制板；

（3）执行元件，执行元件至少包括方向盘辅助电机、制动踏板辅助电机、油门辅助电机；

其特征在于：所述的带有汇入车道的道路中汽车自动驾驶并线控制方法为：汽车的自动驾驶汽车传感器至少采集本车车速、本车定位位置、行车地图、行车地图中静止的障碍物位置、行车地图中周围移动物体位置、行车地图中周围移动物体运动速度及运动方向；汽车自动驾驶过程中的基本控制采用OpenCV或libQGLViewer两个软件中均包含的直接调用的自动驾驶控制模块，自动驾驶控制模块包括相机标定程序、目标检测程序、识别程序、跟踪程序；

当A车距离汇入段C2的入口处的距离L1小于某一值时，则控制A车使D1＜D2；

当A车驶过C1中与汇入段C2的平行段，并开始与辅助直行段C3并行后，A车判断辅助直行段C3中是否有至少一辆B车，如没有，则A车在与C3段并行过程中恢复D1=D2方式行驶，如A车判断C3中有至少1辆B车，则A车在与C3段并行过程中仍保持D1＜D2的方式行驶；

A车在C1中行驶到距合并段C4起始处的距离L2小于某一值时，判断合并段C4中是否有至少一辆B车，如没有，则A车恢复D1=D2方式行驶，直到驶离并线段车道；如C4中至少有一辆B车，则判断至少一辆B车中的最高车速V2与A车车速V1，当V1≥V2，则A车以D1=D2方式行驶，并保持原速行驶，同时向C4中的所有B车发送让行信号，所有B车接收到让行信号后降速或保持原速，并从A车后方并入C1车道中；当V1＜V2，则A车以D1＜D2方式行驶，并降速行驶，同时向C4中所有B车发送通过信号，所有B车接收到通过信号后保持原速或加速，并从A车前方并入C1车道中，A车、B车行驶过并线段车道后，保持D1=D2、D3=D4方式继续行驶；

当B车驶入C3段后，判断与C3、C4并行的C1中是否有至少一辆A车，如有，则B车判断本车与所有A车的距离，若距离合适则B车在C3段中并入C1，然后将B车标记变为A车，并在剩余路程以A车行驶条件行驶；如距离不合适，则B车行驶至C4段中后再并入C1中。

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