CN112389430B - 一种基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法 - Google Patents

Abstract

基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法，用于解决驾驶场景中出现切入行为时，切入时段的起始点及终止点的确定问题，通过切入车与目标车道后车之间的偏移率变化特征，能够有效的确定切入段，为切入场景下车辆跟驰对象的变换，自适应巡航系统设计，自动驾驶设计，以及人工驾驶与自动驾驶混行的研究等领域提供技术支持。

Description

一种基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法

技术领域

本发明涉及的是一种交通工程领域的方法，具体针对的是车辆行驶过程中，对切入车切入行为的开始及结束进行判定，从而对目标车道后车更换目标提供依据。此方法可广泛应用于自适应巡航控制、自动驾驶等领域。

背景技术

高级辅助驾驶系统ADAS(Advanced Driver Assistance System)是车辆智能的重要组成部分。在配备系统协同自适应巡航(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)系统的车辆上，已有研究能够处理简单的车辆切入行为。近年来，学者们开始对切入场景进行研究，对于旁车横向驶入的过程，有很多学者进行了描述。朱西产等人将切入场景片段定义为车辆行为有转向行为开始，一直到车辆质心位置位于本车道中轴线为止。Ma X等人根据驾驶人是否有制动行为定义了关键时间这一概念，如果驾驶人存在制动动作，则将驾驶人启动刹车的时间定义为关键时间，如果驾驶人没有制动动作，则将旁车穿过车道线的时刻定义为关键时间。常浩在进行车辆换道驾驶辅助方法的研究时，假设换道车位移车道线时横向位移为总位移的一半，车辆越过中点前视为在原车道行驶，越过中点后视为在目标车道行驶。并且引入了换道车辆的横向偏移量，在不同的横向偏移量下，对周围车辆有着不同的关注度。Sun X等人提出了一种从自然驾驶数据中自动检测临界状态的办法，采用动力学参数(速度、纵向加速度和横向加速度偏移程度)和司机的制动作为切入行为的触发。王雪松等人采用横向间距阈值定义变道切入行为，在旁车切入前，要求在于主车的横向间距>2.2m；在变道切入完成后，切入的旁车与主车的横向间距<1.2m，从而用该准则保证变道切入车横跨车道完成切入行为。并且定义旁车与主车横向间距(绝对值)不断减小前的最后一个局部最大值为变道切入起始时刻，当旁车成为雷达正前方目标后，定义两车横向距离(绝对值)等于0的第一个时刻为变道切入终止时刻。刘正国在研究ACC系统的目标识别时，对换道切入法的可能预判断包括两点：车辆连续不断地产生侧向移动、车辆侧向移动速度越来越快。Graf利用时间序列趋势来预测旁车的切入行为。

在研究切入场景的横向参数时，学者们目前使用较多的是横向距离这一相对位置参数。Muenst等人在进行(半自动)自动驾驶策略的设计时，用横向距离判断主车在什么时刻变换跟驰对象。Kim等人提出了一种范围域的方法，用两车之间的横纵向距离构建坐标系，将旁车的切入过程描述为两车之间的横纵距离的变化过程。何兆成等人在优化速度(optimal velocity,OV)模型的基础上，通过引入横向分离参数和提出超车期望与虚拟前车的概念，考虑了车辆横向分离与驾驶员超车期望对于车辆跟驰行为的影响，分析了横向分离与交通流稳定的关系。Dagli等人提出了一种自适应系统识别切入车辆的方法，将卡尔曼滤波和概率网络相结合，提高了对切入场景的正确识别率，但还是无法避免遇到无法识别和错误识别的情况。对切入段的准确划分，能够有效判定切入车和目标车道后车的跟驰对象变换时刻，并进行切入场景下的跟驰调整，保证整个切入过程安全，通过控制设计，使得交通流更加的流畅。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明给出了一种基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法。判断切入车换道至目标车道时，切入段起始点和结束点的位置，为切入车和目标车道后车的跟驰对象变化提供依据，有助于自适应巡航系统、自动驾驶车辆的设计。

本发明通过以下技术方案实现，具体步骤如下：

(1)交通场景设定，采用中国汽研的跟驰数据

(2)选取参数值，根据设定的交通场景来选取研究参数，包括车辆的偏移率，即前车中心与后车中心之间的横向距离与后车车宽的比值，当切入车位于目标车道左侧时，偏移率为正；当切入车位于目标车道右侧时，偏移率为负。

(3)针对于跟驰过程中有车辆切入的场景，计算整个时域的偏移率。

(4)计算偏移率绝对值的变化率。

(5)确定切入时段的起点和终点。起点为：连续3s(75帧)偏移率绝对值的变化率小于-0.002的第一帧；终点为：连续8s(200帧)偏移率绝对值的变化率大于-0.005的第一帧与偏移率等于0的第一帧取帧号较小者。

附图说明

图1为本发明提出的偏移率示意图

图2为切入车左侧切入示意图

图3为切入车右侧切入示意图

图4为切入车左侧切入案例切入段的划分结果

图5为切入车右侧切入案例切入段的划分结果

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是针对的是车辆切入时，切入时段的起始点和结束点的确定。本发明用偏移率表征这一特征，具体步骤如下

(1)定义偏移率，如图1所示，以目标车道后车前缘的中心点为原点，x轴平行于车道线，目标车道后车行驶方向为正方向，y轴垂直于车道线，垂直于行驶方向向左为正方向，建立平面直角坐标系。切入车后缘中心点在y轴上的投影横坐标为m，目标车道后车的车宽为w，偏移率β定义为

需要注意的是，偏移率存在正负之分，表示切入的方向，左侧为正，右侧为负。根据计算结果，当β为正值时，表示在y轴方向上前车位于后车的左侧，当为负值时，表示在y轴方向上前车位于后车的右侧。当β等于0时，表示前后两车的中心线在同一直线上；当β在-1～1之间时，前后两车在y轴方向上仍有重叠部分；当前车向左移动时，β逐渐增大，当β等于1时，表示前车的右侧边缘与后车的左侧边缘在同一条直线上，大于1时，前后两车在y轴方向上不再有重叠部分；当前车向右移动时，β逐渐减小，当β等于-1时，表示前车的左侧边缘与后车的右侧边缘在同一条直线上，小于-1时，前后两车在y轴方向不再有重叠部分。

(2)设定交通场景，本发明采用的中国汽研的自然驾驶数据，选取的跟驰场景如图2所示，针对切入过程，切入车辆在原车道上正常行驶，随即发生切入行为进入目标车道，最终完全进入目标车道。

(3)分析参数选取，首先，切入车在原车道上行驶，偏移率绝对值比较稳定，当切入车开始切入后，在y轴方向上逐渐向目标车道移动，偏移率发生变化，其绝对值逐渐减小，切入车进入目标车道后，偏移率绝对值又逐渐恢复稳定。在整个切入过程中，偏移率绝对值由稳定到快速变化再到稳定。选取偏移率绝对值的变化率作为判断切入段起始点和终止点的参数，计算公式为：

η(t)＝|β(t+1)|-|β(t)|

式中，η(t)是t时刻偏移率绝对值的变化率，β(t)表示t时刻的偏移率，β(t+1)表示t+1时刻的偏移率。

(4)针对图2的切入过程，由于切入车一开始位于目标车道左侧，偏移率为正值，取绝对值后符号不变，当切入车开始切入时，偏移率逐渐减小，其绝对值也逐渐减小，偏移率绝对值的变化率为负值，即为η(t)，且该变化率越小，表明切入速度越快。在切入开始后，η(t)会保持在某一范围，使得偏移率绝对值一直减小至切入行为完成。

(5)针对图3的切入过程，由于切入车一开始位于目标车道右侧，偏移率为负值，取绝对值后变为正值，当切入车开始切入时，偏移率逐渐增大，其绝对值逐渐减小，偏移率绝对值的变化率为负值，即为η(t)，且该变化率越小，表明切入速度越快。在切入开始后，η(t)会保持在某一范围，使得偏移率绝对值一直减小至切入行为完成。

(6)设置切入段起始点和终止点的判断阈值条件：起点为：连续3s(75帧)偏移率绝对值的变化率小于-0.002的第一帧；终点为：连续8s(200帧)偏移率绝对值的变化率大于-0.005的第一帧与偏移率等于0的第一帧取帧号较小者。

(6)针对于切入车辆和目标车道后车，在切入段的起点会变换跟驰对象，切入车以目标车道前车为跟驰对象进行调整，目标车道以切入车为跟驰对象进行调整，直至达到比较稳定的跟驰状态。

(7)图4和图5分别为切入车从左侧切入和右侧切入，偏移率的变化情况。可以看出，使用本发明的方法能够有效定量的确定切入段的长度。

Claims (2)

1.一种基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法，其特征在于，用偏移率描述前后两车之间的关系，用偏移率绝对值的变化率作为判断切入时段起始点和终止点的参数：

偏移率为：

其中，以目标车道后车前缘的中心点为原点，x轴平行于车道线，目标车道后车行驶方向为正方向，y轴垂直于车道线，垂直于行驶方向向左为正方向，建立平面直角坐标系，m为切入车后缘中心点在y轴上的投影横坐标，w为目标车道后车的车宽；

偏移率绝对值的变化率为：

η(t)＝|β(t+1)|-|β(t)

式中，η(t)是t时刻偏移率变化率的绝对值，β(t)表示t时刻的偏移率，β(t+1)表示t+1时刻的偏移率。

2.根据权利要求1所述基于偏移率的车辆换道切入车队时段的判定方法，其特征在于，进一步包括：

切入段起始点和终止点的判断：

起点为：连续3s(75帧)η(t)小于-0.002的第一帧；终点为：连续8s(200帧)η(t)大于-0.005的第一帧与偏移率等于0的第一帧取帧号较小者。