CN113291324B - 一种智能汽车个性化换道决策方法、系统及介质 - Google Patents

一种智能汽车个性化换道决策方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能汽车个性化换道决策方法、系统及介质，通过车载传感设备获取周边车辆的相对速度和相对距离的状态信息，传递至换道意图模块执行换道意图判断和换道可行性判断，对根据判断结果得的所有换道决策方案，计算其评价指标，得到最优换道决策方案并输出至控制执行模块控制车辆执行换道，所述系统包括传感器模块、换道意图模块和执行模块，基于方法执行换道决策的确定，所述介质承载实现本发明方法的计算机程序。本发明通过学习驾驶人员的行驶风格、综合考虑车周环境、个性化判断换道意图为智能汽车提供了安全可靠的个性化换道决策方法。

Description

一种智能汽车个性化换道决策方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及一种智能汽车个性化换道决策方法、系统及介质，属于汽车驱动决策领域。
背景技术
随着汽车行业技术的蓬勃发展，传统的单纯交通运输工具的驱动汽车正逐渐想智能移动空间转变，形成新一代的智能汽车。智能汽车的“智能”包括“感知-决策规划-执行”三个步骤，其中，“决策规划”作为三个步骤中承上启下的重要环节，在其处理过程中，需要接收感知层处理融合后的信息，根据接收的信息制定符合规范的操作指令，将指令传递至规划层，交由控制层执行，从而引导车辆的行驶。
在智能汽车的决策规划过程中，最常遇见的工况就是日常行驶中在结构化道路上的换道工况。根据报道统计数据，在智能汽车发生的交通事故中，由于换道决策失误直接或间接引发交通事故的比例达到了27％。因此，对换道决策过程进行合理建模，从而给出符合安全、舒适且规范的决策至关重要且具有重要现实意义。
而现有的智能汽车中的换道决策均基于固定规则制定，没有考虑到汽车驾驶人个体之间存在的差异性，即在实际驾驶过程中，不同的驾驶人员的车辆行驶风格是不同的，比如车道的保持和车道的切换工况下，较为激进型的驾驶人员的跟车距离较近且换道过程较紧凑，而偏向保守型的驾驶人员则会保持较大的跟车距离，且在执行换道的时候选择车辆在两车道之间进行平缓过渡。因此，传统的基于固定规则的换道决策并不能很好的适应不同的驾驶人员的需求，从而带来相应的隐患。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种学习不同驾驶人员的行驶风格、综合考虑车周环境并且个性化判断换道意图与可行性的智能汽车个性化换道决策方法，本发明的第二目的在于提供基于该方法的智能汽车个性化换道决策系统，本发明的第三目的在于提供承载该方法的计算机存储介质。
技术方案：本发明的智能汽车个性化换道决策方法，包括以下步骤：
(1)通过车载传感设备获取周边车辆的相对速度和相对距离的状态信息，将状态信息传递至换道意图模块；
(2)换道意图模块执行换道意图判断，当存在换道意图时，基于获取的状态信息与换道警戒线执行换道可行性判断；当无换道意图时，保持当前车道行驶状态继续行驶并判断是否需要制动；
(3)当换道可行性判断为可行时，计算可行范围内所有换道决策方案的评价指标，得到最优换道决策方案并输出至执行模块；当判断为不可行时，车辆保持原车道行驶并判断是否需要制动；
(4)执行模块根据接收的换道决策方案控制车辆执行换道。
其中，步骤(1)或(2)中的换道意图模块根据换道意图参数值、制动决策参数值和紧急制动警戒数值判断车辆的换道意图和换道可行性。
进一步的，由于不同驾驶人存在不同的驾驶习惯，换道意图数值和制动决策参考数值通过学习驾驶人的个性化驾驶习惯得到，紧急制动数值为车辆最大制动减速度对应的安全速度。
所述步骤(3)中，换道决策包括以下情况：
(31)若当前车辆状态为换道可行且可通过换道规避行车风险，执行换道操作；
(32)若当前车辆状态为换道不可行且位于换道意图数值与制动决策数值之间时，不采取换道和制动操作，保持原状态行驶；
(33)若当前车辆状态为换道不可行且位于制动决策数值与紧急制动数值之间时，计算当前车辆速度与前车距离所得到的目标减速度进行制动操作；
(34)若当前车辆状态为换道不可行且位于紧急制动数值以下时，以最大制动强度紧急制动，减少碰撞损失。
进一步的，步骤(3)中，得到换道决策前，还包括针对本车道前车车速与本车道前车前方行车速度不同情况下的换道前速度范围调节环节。
所述换道前速度范围调节环节通过换道速度范围调节模块实现，根据本车辆与前车相对状态、本车辆与前车前方行车的相对状态，计算本车辆换道前速度调节范围执行预先调速。
所述步骤(3)中，评价指标的计算过程如下：
Figure BDA0003132480230000021
其中，J是评价指标参数，alimit是驾驶人可接受范围内的最小制动减速度，abef是换道前速度调节的目标减速度，aaft是换道结束时刻为避免与目标车道前方车辆发生碰撞应采取的目标减速度，Lp是方案给出的换道纵向距离，Lopt是换道最优纵向距离，Llimit是换道所需最短纵向距离，w1和w2分别是权衡换道前后制动强度对舒适性影响的权重系数，w3是衡量换道过程舒适性的权重系数。
上述换道意图参考数值、制动决策参考数值、最优换道参考线以及换道警戒线对应的参数均是和驾驶人知道习惯、换道习惯，以及对危险敏感程度差异相关的个性化参数，此些参数通过采集驾驶员直行和换道过程总产生的数据，经由机器学习聚类获取。
一种智能汽车个性化换道决策系统，包括传感器模块、换道意图模块和执行模块，传感器模块获取周边车辆的相对速度和相对距离信息并传递至换道意图模块；换道意图模块执行换道意图判断、换道可行性判断和最优换道决策筛选，并将最优换道决策输出至执行模块；执行模块控制车辆执行换道。
进一步的，所述换道意图模块还执行换道前的速度范判断和调节功能。
一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序执行实现上述的智能汽车个性化换道决策方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过学习不同驾驶人员的行驶风格，使制定的换道决策具备符合驾驶人的个性特征，提高操作的舒适性；综合考虑车周环境并且个性化判断换道意图，保证换道决策的安全有效性；确定车辆换道决策的同时，对不可换道避免的紧急情况采取紧急制动，使损失尽量降低。
附图说明
图1为本发明的个性化换道决策流程图；
图2为换道意图示意图；
图3为换道前速度范围调节示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的智能汽车个性化换道决策方法，主要包括以下步骤：
(1)通过车载传感设备获取周边车辆的相对速度和相对距离的状态信息，将状态信息传递至换道意图模块；
(2)换道意图模块执行换道意图判断，当存在换道意图时，基于获取的状态信息与换道警戒线执行换道可行性判断；当无换道意图时，保持当前车道行驶状态继续行驶并判断是否需要制动；
(3)当换道可行性判断为可行时，计算可行范围内所有换道决策方案的评价指标，得到最优换道决策方案并输出至执行模块；当判断为不可行时，车辆保持原车道行驶并判断是否需要制动；
(4)执行模块根据接收的换道决策方案控制车辆执行换道。
上述步骤循环执行，因此步骤(1)中称为周期，步骤(3)中方案的计算评价指标，用以选取中整体最优的方案，方案参数包括换道前的速度调节目标减速度、速度调节时长及换道纵向距离，当最优方案的换道速度调节时长为零时，决策模块将方案信息发送给轨迹规划模块，由执行机构立即进行换道操作；当换道决策方案中调节时长不为零时，主车在本决策周期内按照最优换道决策方案给出的目标减速度在原车道内进行换道预操作，直至后续某一决策周期给出立即换道指令再进行换道。
如图2所示，图中实线为换道意图参考线，虚线为制动决策参考线，点划线为紧急制动警戒线，其中以换道意图参考线和制动决策参考线作为决策基准线，由于不同驾驶人对行车危险的敏感程度不同，因此该阈值参数是因人而异的。
步骤(1)或(2)中的换道意图模块根据换道意图参数值、制动决策参数值和紧急制动警戒数值判断车辆的换道意图和换道可行性。
进一步的，由于不同驾驶人存在不同的驾驶习惯，换道意图数值和制动决策参考数值通过学习驾驶人的个性化驾驶习惯得到，紧急制动数值为车辆最大制动减速度对应的安全速度。
关于制动决策参考线，结合驾驶经验可知，驾驶人通常不会在距离前方低速车辆很远的位置开始减速跟车，否则容易有其他交通车从本车辆前方切入，在降低交通效率的同时也会影响乘坐舒适性。据此，本发明根据驾驶人的不同制动习惯设定个性化的减速度阈值，从而得到制动决策参考线。当本车辆与前车之间相对状态对应的安全场计算值达到该阈值时，本车辆若需要保持原车道行驶，则应当介入制动操作，且制动强度不应低于安全场计算值；反之，本车辆可不进行制动操作。
关于紧急制动警戒线，是与地面能够提供的最大制动减速度对应的安全场等高线。该线表达的是主车仅通过制动而能够避免与前方车辆发生碰撞的极限情形：当主车与前车之间的相对状态对应安全场计算值绝对值小于地面能够提供的最大制动减速度绝对值，也即两车相对状态点在该线上方时，主车通过制动能够避免与前方交通车的碰撞；而当两车相对状态点在该线下方时，若换道条件不满足，则按照驾驶人正常制动习惯进行制动无法避免碰撞，此时主车应当通过紧急制动的方式尽可能地避撞或减小碰撞损失。
进一步结合图1，设主车所在车道的前方有一辆匀速行驶的交通车，其速度低于主车车速，主车和该交通车之间的相对状态可以用图1中“相对速度-相对距离”平面上的点A来表示。当主车不采取任何措施继续匀速行驶时，两车速度差保持不变但相对距离会随时间逐渐减小。在此过程中，相对状态点将从A点依次往B点、C点和D点进行平行于纵轴的直线移动，根据安全场计算得出的临界制动减速度也将逐渐增大。当两车相对状态点在换道意图参考线上方时，认为主车未产生换道意图，因此可不采取任何换道相关的操作；当相对状态点在该线及以下时，认为潜在的碰撞风险触发了主车换道意图，主车应当时刻进行换道决策方案相关的判断，即所述步骤(3)中，换道决策方案包括以下情况：
(31)若当前车辆状态为换道可行且可通过换道规避行车风险，执行换道操作；
(32)若当前车辆状态为换道不可行且位于换道意图数值与制动决策数值之间时，不采取换道和制动操作，保持原状态行驶；
(33)若当前车辆状态为换道不可行且位于制动决策数值与紧急制动数值之间时，计算当前车辆速度与前车距离所得到的目标减速度进行制动操作；
(34)若当前车辆状态为换道不可行且位于紧急制动数值以下时，以最大制动强度紧急制动，减少碰撞损失。
进一步的，步骤(3)中，得到换道决策方案前，还包括针对本车道前车车速与本车道前车前方行车速度不同情况下的换道前速度范围调节环节。实际生活中的交通工况复杂多变，换道前始终保持匀速行驶既不够灵活，也会影响交通效率。在换道前调节速度可以充分利用道路空间资源，同时对于本车道空间充裕而目标车道当前空间较为狭小等情形，换道调节速度还能够提升车辆行驶安全性并增加换道决策方案方法的适应性。
如图3所示，此处举例目标车道前方车辆速度低于主车但高于本车道前车的典型换道工况。设主车与本车道前车之间的相对状态对应状态平面上的A点，主车与目标车道前车之间的相对状态对应B点。在进行换道规划过程中，首先需要明确速度调节范围，由于主车最终将跟随目标车道前方车辆行驶，且速度调节过程中主车和两交通车之间的速度差是同步变化的，即A、B两点的状态轨迹在水平轴上的位移分量相同，因此为了避免额外的速度损失，换道前的最大速度调节量应等于换道初始时刻主车和目标车道前车间的速度差，也就是B点对应的Δv值。此外，换道开始时刻主车和本车道前方交通车间的相对状态点应当在换道警戒线之上，以保证足够的换道纵向空间。
综合相对速度和相对距离这两个条件可以确定如图3中虚线框所示的主车换道前的速度调节范围。
所述换道前速度范围调节环节通过换道速度范围调节模块实现，根据本车辆与前车相对状态、本车辆与前车前方行车的相对状态，计算本车辆换道前速度调节范围执行预先调速。
所述步骤(3)中，评价指标的计算过程如下：
Figure BDA0003132480230000061
其中，J是评价指标参数，alimit是驾驶人可接受范围内的最小制动减速度，abef是换道前速度调节的目标减速度，aaft是换道结束时刻为避免与目标车道前方车辆发生碰撞应采取的目标减速度，Lp是方案给出的换道纵向距离，Lopt是换道最优纵向距离，Llimit是换道所需最短纵向距离，w1和w2分别是权衡换道前后制动强度对舒适性影响的权重系数，w3是衡量换道过程舒适性的权重系数。
上述换道意图参考数值、制动决策参考数值、最优换道参考线以及换道警戒线对应的参数均是和驾驶人知道习惯、换道习惯，以及对危险敏感程度差异相关的个性化参数，此些参数通过学习驾驶人的换道行为获取。
一种智能汽车个性化换道决策系统，包括传感器模块、换道意图模块和执行模块，传感器模块获取周边车辆的相对速度和相对距离信息并传递至换道意图模块；换道意图模块执行换道意图判断、换道可行性判断和最优换道决策筛选，并将最优换道决策输出至执行模块；执行模块控制车辆执行换道。
进一步的，所述换道意图模块还执行换道前的速度范判断和调节功能。
在实际的使用中，本发明的换道决策方法需要承载的载体来实现，采用一种计算机存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序执行实现上述的智能汽车个性化换道决策方法。

Claims (8)

1.一种智能汽车个性化换道决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过车载传感设备获取周边车辆的相对速度和相对距离的状态信息，将状态信息传递至换道意图模块；
(2)换道意图模块执行换道意图判断，当存在换道意图时，基于获取的状态信息与换道警戒线执行换道可行性判断；当无换道意图时，保持当前车道行驶状态继续行驶并判断是否需要制动；换道意图模块通过学习驾驶人的个性化驾驶习惯得到的换道意图数值、制动决策参考数值，结合车辆最大制动减速度对应的安全速度的紧急制动数值，判断车辆的换道意图和换道可行性；
(3)当换道可行性判断为可行时，计算可行范围内所有换道决策方案的评价指标，得到最优换道决策方案并输出至执行模块；当判断为不可行时，车辆保持原车道行驶并判断是否需要制动；其中，评价指标的计算过程如下：
Figure FDA0003559805170000011
式中，J是评价指标参数，alimit是驾驶人可接受范围内的最小制动减速度，abef是换道前速度调节的目标减速度，aaft是换道结束时刻为避免与目标车道前方车辆发生碰撞应采取的目标减速度，Lp是方案给出的换道纵向距离，Lopt是换道最优纵向距离，Llimit是换道所需最短纵向距离，w1和w2分别是权衡换道前后制动强度对舒适性影响的权重系数，w3是衡量换道过程舒适性的权重系数；
(4)执行模块根据接收的换道决策方案控制车辆执行换道。
2.根据权利要求1所述的智能汽车个性化换道决策方法，其特征在于，所述步骤(3)中，换道决策方案包括以下情况：
(31)若当前车辆状态为换道可行且可通过换道规避行车风险，执行换道操作；
(32)若当前车辆状态为换道不可行且位于换道意图数值与制动决策数值之间时，不采取换道和制动操作，保持原状态行驶；
(33)若当前车辆状态为换道不可行且位于制动决策数值与紧急制动数值之间时，计算当前车辆速度与前车距离所得到的目标减速度进行制动操作；
(34)若当前车辆状态为换道不可行且位于紧急制动数值以下时，以最大制动强度紧急制动，减少碰撞损失。
3.根据权利要求1所述的智能汽车个性化换道决策方法，其特征在于，所述步骤(3)中，得到换道决策方案前，还包括针对本车道前车车速与本车道前车前方行车速度不同情况下的换道前速度范围判断和调节环节。
4.根据权利要求3所述的智能汽车个性化换道决策方法，其特征在于，所述换道前速度范围调节环节通过换道速度范围调节模块实现，根据本车辆与前车相对状态、本车辆与前车前方行车的相对状态，计算本车辆换道前速度调节范围执行预先调速。
5.根据权利要求1所述的智能汽车个性化换道决策方法，其特征在于，所述计算过程中的各项参数，通过采集驾驶员直行和换道过程总产生的数据，经由机器学习聚类获取。
6.一种智能汽车个性化换道决策系统，其特征在于，包括传感器模块、换道意图模块和执行模块，传感器模块获取周边车辆的相对速度和相对距离信息并传递至换道意图模块；换道意图模块执行换道意图判断、换道可行性判断和最优换道决策方案筛选，并将最优换道决策方案输出至执行模块；执行模块控制车辆执行换道。
7.根据权利要求6所述的智能汽车个性化换道决策系统，其特征在于，所述换道意图模块还执行换道前的速度范判断和调节功能。
8.一种计算机存储介质，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序执行实现权利要求1-5中任一项所述的智能汽车个性化换道决策方法。
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