CN112078582A - 控制车辆速度至车道改变间隙的中心的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种车辆、用于操作该车辆的系统和方法。该系统包括雷达系统和处理器。雷达系统定位与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙，主车辆位于第一车道中。处理器配置为：确定用于车道改变的间隙的可行性值；基于可行性值选择间隙；将主车辆与选择的间隙对准；以及将主车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。

Description

控制车辆速度至车道改变间隙的中心的方法
技术领域
本公开涉及自主和半自主车辆，特别涉及用于导航自主或半自主车辆以改变交通流中的车道的系统和方法。
背景技术
可以使用自主车辆将人员从一个地点运输到另一地点。在道路上时，改变车道以导航交通模式可能很有用。当前，在自主车辆中执行车道改变要求驾驶员在车辆接近用于合并的足够间隙之后向车辆发出用于车道改变的请求或命令。这将车辆的改变车道的能力限制为仅由驾驶员提出的那些车道改变请求。因此，期望提供用于允许自主车辆识别可能的车道改变机会并从而执行车道改变的系统和方法。
发明内容
在一示例性实施例中，公开了一种操作主车辆的方法。确定与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙，主车辆位于第一车道中。确定用于车道改变的间隙的可行性值。基于可行性值选择间隙。主车辆与选择的间隙对准。主车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。
除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于可行性值与至少一个阈值的比较来选择间隙。确定可行性值还包括确定以下中的至少一个：用于将主车辆与间隙对准的对准时间；在对准时间处的预测的间隙尺寸；以及主车辆与目标车辆之间的相对速度。该方法还包括基于在对准时间处的预测的间隙尺寸和缓冲区域的长度来预测间隙中的安全区域的尺寸。该方法还包括：当预期的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值、对准时间小于时间阈值以及主车辆与目标车辆之间的相对速度小于相对速度阈值时，确定间隙是可行的。该方法还包括：定位第一间隙和第二间隙，确定用于第一间隙的第一可行性值和用于第二间隙的第二可行性值，以及基于第一可行性值和第二可行性值的比较来选择第一间隙和第二间隙中的一个用于合并。该方法还包括控制主车辆的速度以相对于一个或多个目标车辆移动到所选位置，然后使其速度与一个或多个目标车辆的速度匹配。
在另一示例性实施例中，公开了一种用于操作主车辆的系统。该系统包括雷达系统和处理器。雷达系统定位与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙，主车辆位于第一车道中。处理器配置为：确定用于车道改变的间隙的可行性值；基于可行性值选择间隙；将主车辆与选择的间隙对准；以及将主车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。
除了本文所述的一个或多个特征之外，处理器还配置为基于可行性值与至少一个阈值的比较来选择间隙。处理器还配置为通过确定以下中的至少一个来确定可行性值：用于将主车辆与间隙对准的对准时间；在对准时间处的预测的间隙尺寸；以及主车辆与目标车辆之间的相对速度。处理器还配置为基于在对准时间处的预测的间隙尺寸和缓冲区域的长度来预测间隙中的安全区域的尺寸。处理器还配置为：当预期的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值、对准时间小于时间阈值以及主车辆与目标车辆之间的相对速度小于相对速度阈值时，确定间隙是可行的。处理器还配置为：定位第一间隙和第二间隙，确定用于第一间隙的第一可行性值和用于第二间隙的第二可行性值，以及基于第一可行性值和第二可行性值的比较来选择第一间隙和第二间隙中的一个用于合并。处理器还配置为控制主车辆的速度以相对于一个或多个目标车辆移动到所选位置，然后使其速度与一个或多个目标车辆的速度匹配。
在又一示例性实施例中，公开了一种车辆。该车辆包括雷达系统和处理器。雷达系统定位与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙，车辆位于第一车道中。处理器配置为：确定用于车道改变的间隙的可行性值；基于可行性值选择间隙；将车辆与选择的间隙对准；以及将车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。
除了本文所述的一个或多个特征之外，处理器还配置为基于可行性值与至少一个阈值的比较来选择间隙。处理器还配置为通过确定以下中的至少一个来确定可行性值：用于将车辆与间隙对准的对准时间；在对准时间处的预测的间隙尺寸；以及车辆与目标车辆之间的相对速度。处理器还配置为基于在对准时间处的预测的间隙尺寸和缓冲区域的长度来预测间隙中的安全区域的尺寸。处理器还配置为：当预期的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值、对准时间小于时间阈值以及车辆与目标车辆之间的相对速度小于相对速度阈值时，确定间隙是可行的。处理器还配置为：定位第一间隙和第二间隙，确定用于第一间隙的第一可行性值和用于第二间隙的第二可行性值，以及基于第一可行性值和第二可行性值的比较来选择第一间隙和第二间隙中的一个用于合并。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式在下面的详细描述中出现，该详细描述参考附图，其中：
图1示出了示例性实施例中的自主或半自主主车辆；
图2示出了具有多个车道的道路的平面图，包括第一车道和与第一车道相邻的第二车道；
图3示出了具有多个车道改变机会的道路的平面图；
图4示出了表示如本文所公开的用于改变车辆的车道的方法的流程图；以及
图5示出了表示用于从多个可用间隙中选择用于车道改变的间隙的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据示例性实施例，图1示出了主车辆10。在示例性实施例中，主车辆10是半自主或自主车辆。在各种实施例中，主车辆10包括至少一个驾驶员辅助系统，用于使用关于驾驶环境的信息(比如巡航控制和车道居中)来进行转向和加速/减速。尽管驾驶员可以通过让其手同时离开方向盘和脚踩踏板来脱离物理地操作车辆，但驾驶员必须准备好控制车辆。
主车辆10通常至少包括导航系统20、推进系统22、传动系统24、转向系统26、制动系统28、传感器系统30、致动器系统32和控制器34。导航系统20确定用于主车辆10的自动驾驶的轨迹计划。推进系统22提供动力用于为主车辆10产生运动力，并且在各种实施例中，该系统可以包括内燃机、电机比如牵引电动机和/或燃料电池推进系统。传动系统24配置成根据可选择的速比将动力从推进系统22传递到主车辆10的车轮16和18。转向系统26影响车轮16和18的位置。虽然出于说明性目的被描绘为包括方向盘27，但在本公开的范围内预期的一些实施例中，转向系统26可以不包括方向盘27。制动系统28配置成向车轮16和18提供制动扭矩。
传感器系统30包括雷达系统40，其感测主车辆10的外部环境中的目标并提供目标的各种参数。雷达系统40包括发射器42和接收器44。在操作中，雷达系统40的发射器42发出射频(RF)参考信号48，其在雷达系统40的视野中被一个或多个目标50在主车辆10处反射回作为一个或多个反射回波信号52。参考信号48可以是线性频率调制(LFM)或线性调频信号，其在选择的持续时间内频率变化。一个或多个回波信号52可用于确定一个或多个目标50的各种参数，比如目标的范围、多普勒频率或目标的相对径向速度、方位角、仰角等。尽管在图1中示出为前视雷达系统40，但该雷达系统还可以包括能够在主车辆10的后面或主车辆的任何一侧观看的发射器和/或接收器。可替代地，除了图1所示的前视雷达系统40之外，还可以在主车辆10处采用多个雷达系统以向主车辆提供后视和侧视觉察。
致动器系统32包括一个或多个致动器，其控制一个或多个车辆特征，比如但不限于推进系统22、传动系统24、转向系统26和制动系统28。
控制器34包括处理器36和计算机可读存储设备或存储介质38。计算机可读存储介质包括程序或指令39，其在由处理器36执行时操作雷达系统40以便获得目标50的各种参数。计算机可读存储介质38可以进一步包括程序或指令39，其在由处理器36执行时根据由雷达系统40获得的目标50的各种参数来操作导航系统20和/或致动器系统32，以便相对于目标50导航主车辆10。
导航系统20基于来自雷达系统40的数据和任何其他参数来建立主车辆10的轨迹。控制器34可将轨迹提供给致动器32，以控制推进系统22、传动系统24、转向系统26和/或制动系统28，以便相对于目标50导航主车辆10。
在各种实施例中，处理器36可以基于由雷达系统40确定的参数来识别相邻车道中的车辆之间的间隙，并且执行各种计算以控制主车辆10以便合并到识别的间隙中。这种计算包括但不限于计算和控制主车辆10的速度，以使主车辆与间隙对准，识别间隙内的安全区域，从多个可能的间隙中选择合适的间隙等。下面讨论在处理器36处执行的计算的细节。
图2示出了具有多个车道的道路201的平面图200，包括第一车道202和与第一车道相邻的第二车道204。如图所示，第一车道202包括主车辆10，第二车道204包括目标车辆206和208。主车辆10意图合并到第二车道204中，而目标车辆206和208将条件施加于主车辆10上以合并到第二车道中。第一目标车辆206在第二目标车辆208的前面，并且第一目标车辆和第二目标车辆由间隙210分开。如本文所示，主车辆合并到其右侧的相邻车道。然而，应当理解，本文公开的方法也可以用于将主车辆合并到其左侧的相邻车道以及不同的合并配置中。
间隙210包括前缓冲区域216和后缓冲区域218，为了合并的目的，通常出于安全目的，它们是禁止区域。例如，如果主车辆10发现自己位于第一目标车辆206后面的前缓冲区域216中，则在第一目标车辆突然停止的情况下，主车辆没有足够的空间来充分减速。前缓冲区域216和后缓冲区域218的长度由第一目标车辆206和第二目标车辆208的速度确定。此外，取决于第一目标车辆206和第二目标车辆208的相对位置，前缓冲区域216和后缓冲区域218可以彼此重叠，从而导致在第一目标车辆和第二目标车辆之间不存在安全区域212。然而，在第一目标车辆206和第二目标车辆208之间具有足够距离的情况下，间隙210可以在前缓冲区域216和后缓冲区域218之间容纳安全区域212。当安全区域212的长度足够长时，主车辆10可以合并到安全区域中。
主车辆10在合并之前确定间隙210是否具有用于安全合并的合适尺寸。为了将主车辆10安全地合并到间隙210中，主车辆确定间隙的尺寸(即间隙的长度)，然后确定安全区域212的尺寸或长度。当安全区域212足够长时，主车辆10可以识别安全区域内的网格点214并执行计算，以便通过使用网格点来安全地合并到安全区域212中。
为了从第一车道202合并到第二车道204，主车辆10首先在第二车道中定位一个或多个间隙，然后确定一个或多个间隙的可行性。间隙的可行性可以是分配给间隙的数值，该数值可以基于各种参数来计算，比如间隙的尺寸、主车辆10到达间隙的预测时间以及间隙在预测时间处的投影尺寸。
图3示出了具有多个车道改变机会的道路201的平面图300。图3示出了在与包括多个目标车辆(即第一目标车辆302、第二目标车辆304和第三目标车辆306)的第二车道204相邻的第一车道202中的主车辆10。在第一目标车辆302与第二目标车辆304之间出现第一间隙308。在第二目标车辆304与第三目标车辆306之间出现第二间隙310。主车辆10执行计算以便基于针对第一间隙和第二间隙中的每一个计算的可行性值来选择第一间隙308和第二间隙310中的一个用于合并。可行性值取决于各种计算值，比如到达间隙或与间隙对准的预期时间、主车辆10必须行驶以与间隙对准的距离、一旦主车辆10已经与间隙对准时的间隙的预测尺寸等。
下式(1)给出了主车辆10到达识别的安全区域所花费的时间：
Figure BDA0002538695000000061
其中，Δx是主车辆10的后保险杠314与目标车辆的前保险杠316之间的距离(在第二目标车辆304的前方移入第一间隙308的情况下)或主车辆的前保险杠312与目标车辆的后保险杠318之间的距离(在第二目标车辆304的后方移入第二间隙310的情况下)。Buffer是相关禁止区域的长度(例如第二目标车辆304的前保险杠禁止区域320或第二目标车辆304的后保险杠禁止区域322)。术语Δvx,threat是指主车辆10与相关目标车辆(例如第二目标车辆304)之间的相对速度。可以使用本文公开的雷达方法或任何其他合适的方法来确定目标车辆的速度。值Δvx,authority是主车辆的当前速度与速度限制、车辆等允许的速度之间的相对速度。
一旦确定了到达间隙的时间(Time to gap)，就可以使用式(2)来确定要行驶以到达的距离：
x(Time to Gap)＝x(t＝0)+Vx*(Time to Gap) 式(2)
其中，x(t＝0)是主车辆在时间t＝0处的位置，Vx是主车辆的速度，且(Time togap)是式(1)中确定的时间。式(3)中示出了预测主车辆10与间隙对准时的预测间隙尺寸：
Gap Size＝xfront-xrear-front buffer-rear buffer-(vx,front-vx,rear)(Time toGap) 式(3)
其中，xfront是目标车辆在间隙之前的位置(例如第一目标车辆206)，xrear是目标车辆在间隙之后的位置(例如第二目标车辆208)，前缓冲是前缓冲区域216的长度，后缓冲是后缓冲区域218的长度，vx,front是目标车辆在间隙之前的速度，vx,rear是目标车辆在间隙之后的速度。处理器36可以在预测时间处计算间隙的尺寸，从而计算间隙内的安全区域212的尺寸。
处理器36在命令主车辆10与间隙对准以进行车道改变之前计算间隙的可行性。可行性基于各种计算。例如，如果达到间隙的时间为非正值，则该间隙不可行。同样，可以将Time to Gap与针对车辆预先确定的时间阈值进行比较。当Time to Gap小于此时间阈值时，间隙是可行的。可以将预测的间隙尺寸与间隙尺寸阈值进行比较。当预测的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值时，间隙是可行的。可以将主车辆10相对于相关目标车辆的相对速度与相对速度阈值进行比较。当相对速度小于相对速度阈值时，间隙是可行的。
在各个实施例中，处理器36考虑多个间隙的可行性，并通过比较每个间隙的计算的可行性值来从多个间隙中选择间隙。间隙的可行性值可以基于Time to Gap、预测的间隙尺寸以及针对该间隙的主车辆相对于相关目标车辆的相对速度。然后，主车辆10行进成与具有最佳可行性值的间隙对准并合并到其中。
图4示出了表示如本文公开的用于改变主车辆的车道的方法的流程图400。该方法开始于框402，在框402中，驾驶员发起主车辆10的车道改变命令(即根据需要改变车道)。在框404中，处理器执行计算以确定在主车辆意图合并到的车道中的各种不同障碍物之间的间隙的间隙尺寸。如果确定间隙尺寸对于车辆而言太小，则该方法返回到框402。如果确定间隙尺寸具有足以容纳主车辆10的尺寸，则该方法继续到框406。
在框406中，主车辆的处理器计算主车辆到达间隙的时间。在框408中，针对预测主车辆到达间隙的时间计算预测的间隙尺寸。在框410中，使用例如本文公开的方法确定间隙的可行性。如果该间隙被认为是不可行的(例如基于阈值比较)，则该方法返回到框402。如果在框410处，间隙被认为是可行的，则该方法进行到框412。在框412中，处理器36向主车辆10发出命令以使其自身与选择的间隙对准。最后，在框414中，主车辆10执行车道改变以便与相邻车道中的交通合并。
图5示出了表示用于从多个可用间隙中选择用于车道改变的间隙的方法的流程图500。在框502中，请求自动车道改变。在框504中，处理器36确定是否存在任何目标车辆。如果没有找到目标车辆，则该方法进行到框506，在框506中，主车辆改变车道。如果相反在框504处确定存在目标车辆，则该方法前进至框508。在框508中，处理器选择间隙用于合并。如果多个间隙是可行的，则处理器通过比较针对每个间隙计算的可行性值并选择具有最佳可行性值的间隙来选择间隙。
如果间隙仅由位于间隙之前的目标车辆限制，则该方法前进至框510。在框510中，主车辆10控制其速度以移动至目标车辆之后的位置，然后将其速度与目标车辆的速度匹配或基本匹配。如果间隙仅由位于间隙之后的目标车辆限制，则该方法前进至框512。在框512中，主车辆10控制其速度以移动至目标车辆之前的位置，然后将其速度与目标车辆的速度匹配或基本匹配。如果间隙被前目标车辆和后目标车辆限制，则方法前进至框514。在框514中，主车辆10将网格点定位在前目标车辆与后目标车辆之间，并控制其速度以移动至网格点的位置。因此，主车辆可以控制其速度以相对于目标车辆移动至选择的位置，然后使其速度与目标车辆的速度匹配。另外，主车辆可以相对于多个目标车辆控制其速度。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种操作主车辆的方法，包括：
在位于第一车道中的主车辆处，确定与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙；
确定用于车道改变的间隙的可行性值；
基于可行性值选择间隙；
将主车辆与选择的间隙对准；以及
将主车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述可行性值与至少一个阈值的比较来选择所述间隙。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述可行性值还包括确定以下中的至少一个：(i)用于将主车辆与间隙对准的对准时间；(ii)在对准时间处的预测的间隙尺寸；以及(iii)主车辆与目标车辆之间的相对速度。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：当预期的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值、对准时间小于时间阈值以及主车辆与目标车辆之间的相对速度小于相对速度阈值时，确定所述间隙是可行的。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：定位第一间隙和第二间隙，确定用于第一间隙的第一可行性值和用于第二间隙的第二可行性值，以及基于第一可行性值和第二可行性值的比较来选择第一间隙和第二间隙中的一个用于合并。
6.一种用于操作主车辆的系统，包括：
雷达系统，用于定位与第一车道相邻的第二车道中的目标之间的间隙，主车辆位于第一车道中；以及
处理器，其配置为：
确定用于车道改变的间隙的可行性值；
基于可行性值选择间隙；
将主车辆与选择的间隙对准；以及
将主车辆从第一车道合并到第二车道中的选择的间隙中。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还配置为基于所述可行性值与至少一个阈值的比较来选择所述间隙。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还配置为通过确定以下中的至少一个来确定可行性值：(i)用于将主车辆与间隙对准的对准时间；(ii)在对准时间处的预测的间隙尺寸；以及(iii)主车辆与目标车辆之间的相对速度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还配置为：当预期的间隙尺寸大于间隙尺寸阈值、对准时间小于时间阈值以及主车辆与目标车辆之间的相对速度小于相对速度阈值时，确定所述间隙是可行的。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还配置为：定位第一间隙和第二间隙，确定用于第一间隙的第一可行性值和用于第二间隙的第二可行性值，以及基于第一可行性值和第二可行性值的比较来选择第一间隙和第二间隙中的一个用于合并。
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