CN113525373B - 一种车辆的变道控制系统、控制方法以及变道控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆的变道控制系统，属于自动驾驶领域中的感知融合领域，可以应用在智能汽车、智能网联汽车上，该系统包括：计算和判断装置，用于检测预设的变道指令。感知装置，用于获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息，运动信息包括主车辆的初始速度和第一航向角信息。计算和判断装置，用于结合方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，并根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹。控制装置，用于控制主车辆按照计算和判断装置确定的变道轨迹行驶。通过本申请实施例提供的技术方案，根据由方向盘转角信息确定的初始加速度以及运动信息确定变道轨迹，加速度变化率小，提升驾驶员的驾驶体验。

Description

一种车辆的变道控制系统、控制方法以及变道控制装置

技术领域

本申请涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种车辆的变道控制系统、控制方法。

背景技术

人工智能(artificial intelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。人工智能领域的研究包括机器人，自然语言处理，计算机视觉，决策与推理，人机交互，推荐与搜索，AI基础理论等。

自动驾驶是人工智能领域的一种主流应用，自动驾驶技术能够控制车辆的速度和转向，不仅能够把驾驶员从开车的劳累中解脱出来，还能够减少或消除由于人的因素导致的交通事故，使汽车更加安全。自动变道系统能够控制车辆从一个车道变换到另外一个车道，是自动驾驶技术的一个重要组成部分，如何生成一条满足驾驶员舒适性要求的变道轨迹亟待解决。

发明内容

本申请实施例提供一种车辆的变道控制系统，根据方向盘转角信息生成一条满足驾驶员舒适性要求的变道轨迹。

为达到上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种车辆的变道控制系统，本申请提供的方案的应用场景可以包括强制变道和自由变道。其中，强制变道是指面对前方障碍物是静止的或者智能车辆面临着车道合流或者是交叉路口处等，车辆不得不变道的情况。自由变道则是为了使智能车辆到达目的的过程更有效率，达到节省时间的目的，从而通过变道来将前方速度较慢的车进行超越的情况。本申请提供的变道控制系统可以包括：计算和判断装置，用于检测预设的变道指令。感知装置，用于计算和判断装置检测到变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息，运动信息可以包括主车辆的初始速度和第一航向角信息。计算和判断装置，还用于结合方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，并根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹。控制装置，用于控制主车辆按照计算和判断装置确定的变道轨迹行驶。本申请提到的车辆的航向角可以通过多种方式获取。比如可以通过卫星导航定位方法获得的，本方案并不对如何获取车辆的航向角进行限定，现有技术中关于获取车辆的航向角的方式本方案均可以采用。

由第一方面可知，根据方向盘转角信息确定初始的曲率以及初始的速度以及加速度，加速度变化率小，提升驾驶员的驾驶体验。举例说明，计算和判断装置检测到变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息。换句话说，驾驶员想要操纵主车辆进行变道时，会转动方向盘，本方案获取此时的方向盘的转角信息。主车辆预先存储了变道曲线的方程，即预设的变道曲线，根据此时的方向盘的转角信息以及预设变道曲线的方程可以确定初始的加速度，此时的加速度相比于变道前的加速度，加速度的变化率小。影响乘客乘车体验的一个重要指标是加速度变化率。较小的加速度变化率可以提高乘车的舒适性。

可选地，结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，计算和判断装置，具体用于根据方向盘转角信息确定预设变道曲线的起始点的曲率。根据该曲率以及预设变道曲线在起始点的二阶到时确定初始加速度。由第一方面第一种可能的实现方式可知，细化了第一方面中的结合方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，即给出了一种具体的根据方向盘转角信息确定初始加速度的方式。

可选地，结合上述第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，计算和判断装置具体用于根据主车辆的第一航向角信息和第二航向角信息以及预设的航向角变换率确定超车所需的第一时间，第二航向角为主车辆处于两个车道的交汇处时的航向角。根据第一时间、速度和初始加速度确定变道轨迹。由第一方面第二种可能的实现方式可知，给出了一种具体的如何确定变道轨迹的方式，增加了方案的多样性。

可选地，结合上述第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，根据所述第一时间、所述主车辆实时的速度和目标加速度确定变道轨迹。主车辆实时的速度根据主车辆的初始速度以及主车辆的初始加速度确定，目标加速度为以变道轨迹的取值最小为优化问题，根据预设的优化问题的约束确定的加速度。

可选地，结合上述第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，计算和判断装置，还用于以变道轨迹的取值最小为优化问题，计算目标加速度，优化问题的约束可以包括主车辆的横向位移不大于车道宽度，横向为与车道方向垂直的方向，主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及变道轨迹的曲率不大于车道允许的最大曲率。控制装置，用于若优化问题有解，则控制主车辆根据目标加速度变换车道。由第一方面第四种可能的实现方式可知，以变道轨迹最短为优化问题，求解满足约束条件的目标加速度，提升变道的效率。

可选地，结合上述第一方面第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该变道控制系统还可以包括告警装置，该告警装置用于若优化问题无解，则输出告警提示。

可选地，结合上述第一方面或第一方面第一种至第一方面第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，感知装置，还用于获取第一信息，第一信息可以包括车道宽度信息以及障碍物信息，障碍物信息可以包括障碍物的速度和位置信息。计算和判断装置，还用于根据车道宽度信息、主车辆的速度以及预设的航向角变换率确定超车所需的第二时间。计算和判断装置，还用于根据主车辆的速度以及障碍物信息，确定经过第二时间，主车辆与障碍物之间的距离是否不小于预设的安全距离。计算和判断装置，具体用于若不小于预设的安全距离，则根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹的函数。有第一方面第六种可能的实现方式可知，本申请提供的方案可以应用于复杂的道路场景中，增加了方案的多样性，当本申请提供的方案应用于复杂的道路场景中，对是否能够安全变道进行两次判断，增加了变道的安全性。在一个具体的实施方式中，告警装置，用于：若计算和判断装置确定主车辆与障碍物之间的距离小于预设的安全距离，则输出警告提示。在一个具体的实施方式中，优化问题的约束还可以包括：主车辆与障碍物之间的距离不小于预设的安全距离。

可选地，结合上述第一方面或第一方面第一种至第一方面第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，预设的变道指令可以包括左转向灯开启。

可选地，结合上述第一方面或第一方面第一种至第一方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，预设变道曲线可以包括多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种，所示预设变道曲线方程的自变量可以包括曲率。由第一方面第二种可能的实现方式可知，给出了几种具体的预设变道曲线，增加方案的多样性。

本申请第二方面提供一种车辆的变道控制方法，可以包括：检测预设的变道指令。检测到变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息，运动信息可以包括主车辆的速度和第一航向角信息。根据方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度。根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹。控制主车辆按照确定的变道轨迹行驶。

可选地，结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，该变道控制方法，还可以包括：以变道轨迹的取值最小为优化问题，计算目标加速度，优化问题的约束可以包括主车辆的横向位移不大于车道宽度，横向为与车道方向垂直的方向，主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及变道轨迹的曲率不大于车道允许的最大曲率。若优化问题有解，则控制主车辆根据目标加速度变换车道。由第二方面可知，根据方向盘转角信息确定初始的曲率以及初始的速度以及加速度，加速度变化率小，提升驾驶员的驾驶体验。举例说明，计算和判断装置检测到变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息。换句话说，驾驶员想要操纵主车辆进行变道时，会转动方向盘，本方案获取此时的方向盘的转角信息。主车辆预先存储了变道曲线的方程，即预设的变道曲线，根据此时的方向盘的转角信息以及预设变道曲线的方程可以确定初始的加速度，此时的加速度相比于变道前的加速度，加速度的变化率小。影响乘客乘车体验的一个重要指标是加速度变化率。较小的加速度变化率可以提高乘车的舒适性。

可选地，结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，根据方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，可以包括根据方向盘转角信息确定预设变道曲线的起始点的曲率。根据该曲率以及预设变道曲线在起始点的二阶到时确定初始加速度。由第二方面第一种可能的实现方式可知，细化了第二方面中的结合方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，即给出了一种具体的根据方向盘转角信息确定初始加速度的方式。

可选地，结合上述第二方面或第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，根据初始加速度以及所述运动信息确定变道轨迹的函数，可以包括根据主车辆的第一航向角信息和第二航向角信息以及预设的航向角变换率确定超车所需的第一时间，第二航向角为主车辆处于两个车道的交汇处时的航向角。根据第一时间、速度和初始加速度确定变道轨迹。由第二方面第二种可能的实现方式可知，给出了一种具体的如何确定变道轨迹的方式，增加了方案的多样性。

可选地，结合上述第二方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，根据所述第一时间、所述主车辆的初始速度和所述初始加速度确定所述变道轨迹，可以包括根据所述第一时间、所述主车辆实时的速度和目标加速度确定变道轨迹。主车辆实时的速度根据主车辆的初始速度以及主车辆的初始加速度确定，目标加速度为以变道轨迹的取值最小为优化问题，根据预设的优化问题的约束确定的加速度。

可选地，结合上述第二方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，还可以包括以变道轨迹的取值最小为优化问题，计算目标加速度，优化问题的约束可以包括主车辆的横向位移不大于车道宽度，横向为与车道方向垂直的方向，主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及变道轨迹的曲率不大于车道允许的最大曲率。控制装置，用于若优化问题有解，则控制主车辆根据目标加速度变换车道。由第二方面第四种可能的实现方式可知，以变道轨迹最短为优化问题，求解满足约束条件的目标加速度，提升变道的效率。

可选地，结合上述第二方面第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，还可以包括，该用于若优化问题无解，则输出告警提示。

可选地，结合上述第二方面或第二方面第一种至第二方面第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还可以包括获取第一信息，第一信息可以包括车道宽度信息以及障碍物信息，障碍物信息可以包括障碍物的速度和位置信息。根据车道宽度信息、主车辆的速度以及预设的航向角变换率确定超车所需的第二时间。根据主车辆的速度以及障碍物信息，确定经过第二时间，主车辆与障碍物之间的距离是否不小于预设的安全距离。具体用于若不小于预设的安全距离，则根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹。有第二方面第六种可能的实现方式可知，本申请提供的方案可以应用于复杂的道路场景中，增加了方案的多样性，当本申请提供的方案应用于复杂的道路场景中，对是否能够安全变道进行两次判断，增加了变道的安全性。在一个具体的实施方式中，用于：若确定主车辆与障碍物之间的距离小于预设的安全距离，则输出警告提示。在一个具体的实施方式中，优化问题的约束还可以包括：主车辆与障碍物之间的距离不小于预设的安全距离。

可选地，结合上述第二方面或第二方面第一种至第二方面第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，预设的变道指令可以包括左转向灯开启。

可选地，结合上述第二方面或第二方面第一种至第二方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，预设变道曲线可以包括多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种，所示预设变道曲线方程的自变量可以包括曲率。由第二方面第二种可能的实现方式可知，给出了几种具体的预设变道曲线，增加方案的多样性。

本申请第三方面提供一种自动驾驶车辆，可以包括处理器，处理器和存储器耦合，存储器存储有程序指令，当存储器存储的程序指令被处理器执行时实现第二方面或第二方面任意一种可能的实现方式描述的方法。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，可以包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第二方面或第二方面任意一种可能的实现方式描述的方法。

本申请第五方面提供一种变道控制装置，该变道控制装置可以包括处理电路，处理电路配置为执行第二方面或第二方面任意一种可能的实现方式描述的方法。

本申请提供的技术方案，在生成变道轨迹时结合了驾驶员的横向操作信息，具体的本申请提供的方案结合方向盘转角信息，以得到更符合驾驶员感受的变道轨迹。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种应用场景的示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种应用场景的示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种应用场景的示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种应用场景的示意图；

图5为本申请实施例提供的自动驾驶车辆的一种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种变道控制系统的示意图；

图7为本申请实施例提供的预设变道曲线为两段回旋线的变道轨迹的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种变道控制的方法的流程示意图；

图9为本申请实施例提供的自动驾驶车辆的一种结构示意图；

图10为本申请实施例提供的芯片的一种结构示意图。

具体实施方式

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

本申请实施例可以应用于对各种自动行驶的智能体进行变道轨迹规划的场景中，作为示例，例如本申请实施例可以应用于对自动驾驶车辆进行变道轨迹规划的场景中。具体的，智能车辆的变道行为可以分为两类：强制变道和自由变道。其中，强制变道是指面对前方障碍物是静止的或者智能车辆面临着车道合流或者是交叉路口处等，车辆不得不变道的情况。自由变道则是为了使智能车辆到达目的的过程更有效率，达到节省时间的目的，从而通过变道来将前方速度较慢的车进行超越的情况。示例性的，下面结合图1至图4对几种典型的变道场景进行说明。如图1所示的场景，车辆所在的道路情况相对简单，具体表现在车辆的周围没有障碍物，车辆的变道无需考虑周围车辆的运动信息，此种场景可以是驾驶员主动选择变道的场景。如图2所示的场景，如果前车以相对较低的速度行驶，主车辆通常面临超越前车的需要，此时超车变道的场景需要根据前车的运动状态和当前道路信息进行变道。如图2所示的场景可以与自适应巡航控制系统(adaptive cruise control，ACC)的应用相结合。具体的，ACC是一种基于传感器识别技术而诞生的智能巡航控制，车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。当驾驶员开启ACC功能后，如果驾驶员有超车的需求，一般的操作为驾驶员主动控制油门踏板，ACC系统不再对车辆的速度进行控制，当驾驶员松开油门踏板，ACC自动接管车速。如图3所示的场景相比于图2所示的场景，是一种更复杂的超车场景，图3所示的场景中，是一种道路情况更复杂的场景，主车辆在变道的过程中不仅要考虑前车1的运动状态还要考虑后车1的运动状态。图4所示的场景相比于图2和图3所示的场景，是一种更复杂的超车场景，在图4所示的场景中，主车辆在变道的过程中，不仅要考虑前车1的运动状态还要考虑后车1和后车2的运动状态。应当理解，此处举例仅为方便对本申请实施例的应用场景进行理解，不对本申请实施例的应用场景进行穷举。

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

为了便于理解本方案，本申请实施例中首先结合图5对自动驾驶车辆的结构进行介绍，请先参阅图5，图5为本申请实施例提供的自动驾驶车辆的一种结构示意图，自动驾驶车辆可以在处于自动驾驶模式中的同时控制自身，并且可通过人为操作来确定车辆及其周边环境的当前状态，确定周边环境中的至少一个其他车辆的可能行为，并确定其他车辆执行可能行为的可能性相对应的置信水平，基于所确定的信息来控制自动驾驶车辆。

自动驾驶车辆可包括各种子系统，例如行进系统102、传感器系统104、控制系统106、一个或多个外围设备108以及电源110、计算机系统112和用户接口116。可选地，自动驾驶车辆可包括更多或更少的子系统，并且每个子系统可包括多个部件。另外，自动驾驶车辆的每个子系统和部件可以通过有线或者无线互连。

行进系统102可包括为自动驾驶车辆提供动力运动的组件。在一个实施例中，行进系统102可包括引擎118、能量源119、传动装置120和车轮/轮胎121。

其中，引擎118可以是内燃引擎、电动机、空气压缩引擎或其他类型的引擎组合，例如，汽油发动机和电动机组成的混动引擎，内燃引擎和空气压缩引擎组成的混动引擎。引擎118将能量源119转换成机械能量。能量源119的示例包括汽油、柴油、其他基于石油的燃料、丙烷、其他基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能电池板、电池和其他电力来源。能量源119也可以为自动驾驶车辆的其他系统提供能量。传动装置120可以将来自引擎118的机械动力传送到车轮121。传动装置120可包括变速箱、差速器和驱动轴。在一个实施例中，传动装置120还可以包括其他器件，比如离合器。其中，驱动轴可包括可耦合到一个或多个车轮121的一个或多个轴。

传感器系统104可包括感测关于自动驾驶车辆周边的环境的信息的若干个传感器。例如，传感器系统104可包括定位系统122(定位系统可以是全球定位GPS系统，也可以是北斗系统或者其他定位系统)、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)124、雷达126、激光测距仪128以及相机130。传感器系统104还可包括被监视自动驾驶车辆的内部系统的传感器(例如，车内空气质量监测器、燃油量表、机油温度表等)。来自这些传感器中的一个或多个的传感数据可用于检测对象及其相应特性(位置、形状、方向、速度等)。这种检测和识别是自主自动驾驶车辆的安全操作的关键功能。

其中，定位系统122可用于估计自动驾驶车辆的地理位置。IMU 124用于基于惯性加速度来感知自动驾驶车辆的位置和朝向变化。在一个实施例中，IMU 124可以是加速度计和陀螺仪的组合。雷达126可利用无线电信号来感知自动驾驶车辆的周边环境内的物体，具体可以表现为毫米波雷达或激光雷达。在一些实施例中，除了感知物体以外，雷达126还可用于感知物体的速度和/或前进方向。激光测距仪128可利用激光来感知自动驾驶车辆所位于的环境中的物体。在一些实施例中，激光测距仪128可包括一个或多个激光源、激光扫描器以及一个或多个检测器，以及其他系统组件。相机130可用于捕捉自动驾驶车辆的周边环境的多个图像。相机130可以是静态相机或视频相机。

控制系统106为控制自动驾驶车辆及其组件的操作。控制系统106可包括各种部件，其中包括转向系统132、油门134、制动单元136、计算机视觉系统140、线路控制系统142以及障碍避免系统144。

其中，转向系统132可操作来调整自动驾驶车辆的前进方向。例如在一个实施例中可以为方向盘系统。油门134用于控制引擎118的操作速度并进而控制自动驾驶车辆的速度。制动单元136用于控制自动驾驶车辆减速。制动单元136可使用摩擦力来减慢车轮121。在其他实施例中，制动单元136可将车轮121的动能转换为电流。制动单元136也可采取其他形式来减慢车轮121转速从而控制自动驾驶车辆的速度。计算机视觉系统140可以操作来处理和分析由相机130捕捉的图像以便识别自动驾驶车辆周边环境中的物体和/或特征。所述物体和/或特征可包括交通信号、道路边界和障碍体。计算机视觉系统140可使用物体识别算法、运动中恢复结构(Structure from Motion，SFM)算法、视频跟踪和其他计算机视觉技术。在一些实施例中，计算机视觉系统140可以用于为环境绘制地图、跟踪物体、估计物体的速度等等。线路控制系统142用于确定自动驾驶车辆的行驶路线以及行驶速度。在一些实施例中，线路控制系统142可以包括横向规划模块1421和纵向规划模块1422，横向规划模块1421和纵向规划模块1422分别用于结合来自障碍避免系统144、GPS122和一个或多个预定地图的数据为自动驾驶车辆确定行驶路线和行驶速度。障碍避免系统144用于识别、评估和避免或者以其他方式越过自动驾驶车辆的环境中的障碍体，前述障碍体具体可以表现为实际障碍体和可能与自动驾驶车辆发生碰撞的虚拟移动体。在一个实例中，控制系统106可以增加或替换地包括除了所示出和描述的那些以外的组件。或者也可以减少一部分上述示出的组件。

自动驾驶车辆通过外围设备108与外部传感器、其他车辆、其他计算机系统或用户之间进行交互。外围设备108可包括无线通信系统146、车载电脑148、麦克风150和/或扬声器152。

在一些实施例中，外围设备108为自动驾驶车辆的用户提供与用户接口116交互的手段。例如，车载电脑148可向自动驾驶车辆的用户提供信息。用户接口116还可操作车载电脑148来接收用户的输入。车载电脑148可以通过触摸屏进行操作。在其他情况中，外围设备108可提供用于自动驾驶车辆与位于车内的其它设备通信的手段。例如，麦克风150可从自动驾驶车辆的用户接收音频(例如，语音命令或其他音频输入)。类似地，扬声器152可向自动驾驶车辆的用户输出音频。

无线通信系统146可以直接地或者经由通信网络来与一个或多个设备无线通信。例如，无线通信系统146可使用3G蜂窝通信，例如码分多址(code divisionmultipleaccess，CDMA)、EVD0、全球移动通信系统(global system for mobilecommunications，GSM)/是通用分组无线服务技术(general packet radio service，GPRS)，或者4G蜂窝通信，例如长期演进(long term evolution，LTE)，或者5G蜂窝通信。无线通信系统146可利用WiFi与无线局域网(wireless local area network，WLAN)通信。在一些实施例中，无线通信系统146可利用红外链路、蓝牙或ZigBee与设备直接通信。其他无线协议，例如各种自动驾驶装置通信系统，例如，无线通信系统146可包括一个或多个专用短程通信(dedicatedshort range communications，DSRC)设备，这些设备可包括自动驾驶装置和/或路边台站之间的公共和/或私有数据通信。

电源110可向自动驾驶车辆的各种组件提供电力。在一个实施例中，电源110可以为可再充电锂离子或铅酸电池。这种电池的一个或多个电池组可被配置为电源为自动驾驶车辆的各种组件提供电力。在一些实施例中，电源110和能量源119可一起实现，例如一些全电动车中那样。

自动驾驶车辆的部分或所有功能受计算机系统112控制。计算机系统112可包括至少一个处理器113，处理器113执行存储在例如存储器114这样的非暂态计算机可读介质中的指令115。计算机系统112还可以是采用分布式方式控制自动驾驶车辆的个体组件或子系统的多个计算设备。

处理器113可以是任何常规的处理器，诸如商业可获得的中央处理器(centralprocessing unit，CPU)。可选地，处理器113可以是诸如专用集成电路(applicationspecific integrated circuit，ASIC)或其它基于硬件的处理器的专用设备。尽管图1功能性地图示了处理器、存储器、和在相同块中的计算机系统112的其它部件，但是本领域的普通技术人员应该理解该处理器、或存储器实际上可以包括不存储在相同的物理外壳内的多个处理器、或存储器。例如，存储器114可以是硬盘驱动器或位于不同于计算机系统112的外壳内的其它存储介质。因此，对处理器113或存储器114的引用将被理解为包括可以并行操作或者可以不并行操作的处理器或存储器的集合的引用。不同于使用单一的处理器来执行此处所描述的步骤，诸如转向组件和减速组件的一些组件每个都可以具有其自己的处理器，所述处理器只执行与特定于组件的功能相关的计算。

在此处所描述的各个方面中，处理器113可以位于远离自动驾驶车辆并且与自动驾驶车辆进行无线通信。在其它方面中，此处所描述的过程中的一些在布置于自动驾驶车辆内的处理器113上执行而其它则由远程处理器113执行，包括采取执行单一操纵的必要步骤。

在一些实施例中，存储器114可包含指令115(例如，程序逻辑)，指令115可被处理器113执行来执行自动驾驶车辆的各种功能，包括以上描述的那些功能。存储器114也可包含额外的指令，包括向行进系统102、传感器系统104、控制系统106和外围设备108中的一个或多个发送数据、从其接收数据、与其交互和/或对其进行控制的指令。

除了指令115以外，存储器114还可存储数据，例如道路地图、路线信息，车辆的位置、方向、速度以及其它这样的车辆数据，以及其他信息。这种信息可在自动驾驶车辆在自主、半自主和/或手动模式中操作期间被自动驾驶车辆和计算机系统112使用。

用户接口116，用于向自动驾驶车辆的用户提供信息或从其接收信息。可选地，用户接口116可包括在外围设备108的集合内的一个或多个输入/输出设备，例如无线通信系统146、车载电脑148、麦克风150和扬声器152。

计算机系统112可基于从各种子系统(例如，行进系统102、传感器系统104和控制系统106)以及从用户接口116接收的输入来控制自动驾驶车辆的功能。例如，计算机系统112可利用来自控制系统106的输入以便控制转向系统132来避免由传感器系统104和障碍避免系统144检测到的障碍体。在一些实施例中，计算机系统112可操作来对自动驾驶车辆及其子系统的许多方面提供控制。

可选地，上述这些组件中的一个或多个可与自动驾驶车辆分开安装或关联。例如，存储器114可以部分或完全地与自动驾驶车辆分开存在。上述组件可以按有线和/或无线方式来通信地耦合在一起。

可选地，上述组件只是一个示例，实际应用中，上述各个模块中的组件有可能根据实际需要增添或者删除，图1不应理解为对本申请实施例的限制。在道路行进的自动驾驶车辆，如上面的自动驾驶车辆，可以识别其周围环境内的物体以确定对当前速度的调整。所述物体可以是其它车辆、交通控制设备、或者其它类型的物体。在一些示例中，可以独立地考虑每个识别的物体，并且基于物体的各自的特性，诸如它的当前速度、加速度、与车辆的间距等，可以用来确定自动驾驶车辆所要调整的速度。

可选地，自动驾驶车辆或者与自动驾驶车辆相关联的计算设备如图1的计算机系统112、计算机视觉系统140、存储器114可以基于所识别的物体的特性和周围环境的状态(例如，交通、雨、道路上的冰、等等)来预测所识别的物体的行为。可选地，每一个所识别的物体都依赖于彼此的行为，因此还可以将所识别的所有物体全部一起考虑来预测单个识别的物体的行为。自动驾驶车辆能够基于预测的所识别的物体的行为来调整它的速度。换句话说，自动驾驶车辆能够基于所预测的物体的行为来确定车辆将需要调整到(例如，加速、减速、或者停止)什么稳定状态。在这个过程中，也可以考虑其它因素来确定自动驾驶车辆的速度，诸如，自动驾驶车辆在行驶的道路中的横向位置、道路的曲率、静态和动态物体的接近度等等。除了提供调整自动驾驶车辆的速度的指令之外，计算设备还可以提供修改自动驾驶车辆的转向角的指令，以使得自动驾驶车辆遵循给定的轨迹和/或维持与自动驾驶车辆附近的物体(例如，道路上的相邻车道中的轿车)的安全横向和纵向距离。

上述自动驾驶车辆可以为轿车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升飞机、娱乐车、游乐场车辆、电车、高尔夫球车等，本申请实施例不做特别的限定。

图5介绍了自动驾驶装置的功能框图，下面介绍自动驾驶装置中的变道控制系统。图6为本申请实施例提供的一种变道控制驾驶系统的结构示意图。图5和图6是从不同的角度来描述自动驾驶装置，例如图6中的感知装置201传感器系统104，下面进行具体的解释。

如图6所示，本申请实施例提供的一种变道控制系统的示意图。本申请实施例提供的变道控制系统可以包括感知装置201，计算和判断装置202，控制装置203，在一个具体的实施方式中，还可以包括告警装置204。可以参照上述图5所描述的传感器系统理解感知装置201可以实现的功能，比如感知装置201可以探测动物，汽车，障碍物和人行横道等，进一步传感器还可以探测上述动物，汽车，障碍物和人行横道等物体周围的环境，比如：动物周围的环境，例如，动物周围出现的其他动物，天气条件，周围环境的光亮度等，此处不再重复赘述。计算和判断装置202被配置为依据感知装置的感测信息判断能否安全超车，如果能则计算超车的加速度，计算和判断装置202相当于集合了图5所描述的线路控制系统142以及计算机112的功能，关于计算和判断装置202具体如何根据感知装置201获取的信息为自动驾驶车辆确定变道轨迹为本发明的发明点，将在下文进行详细说明。如果计算和判断装置202能够计算出超车的加速度，则控制装置203依据计算得到的加速度控制主车辆实现速度的提升完成超车，控制装置203可以参照图5所描述的控制系统106的部分功能以及行进系统102进行理解，此处不再重复赘述。如果计算和判断装置202不能计算出超车的加速度，即如果计算和判断装置202判断不能超车，则利用告警装置204发出告警信息，告警装置可以相当于图5所描述的外围设备，比如通过扬声器发出告警的提示。

下面对本申请实施例提供的变道控制系统中，感知装置201，计算和判断装置202以及控制装置203如何配合工作为自动驾驶车辆确定变道轨迹进行说明。

计算和判断装置202检测到预设的变道指令时，根据感知装置201获取的信息判断是否可以超车。预设的变道指令包括但不限于以下两种方式：

在一个具体的实施方式中，若计算和判断装置202检测到主车辆的左转向灯开启时，根据感知装置201获取的信息判断是否可以超车。

在一个具体的实施方式中，检测到变道意图的阈值达到预设值时，根据感知装置201获取的信息判断是否可以超车。在这种实施方式中，根据前后车的速度来决定是否产生变道意图，即是否有预设的变道指令，变道意图通常由以下公式表示：

其中，k为变道意图指数，v表示本车车速，ve表示前车车速，当k值达到变道意图阀值k0时，车辆产生变道意图，目前k0一般取0.3左右。

在一个具体的实施方式中，本申请提供的方案可以应用于图1所示的场景中，主车辆在相对简单的车道环境中进行变道。在这种场景中，即感知装置201在其检测范围内没有感知到障碍物，则此时主车辆的变道轨迹的规划主要考虑两方面的因素，一是驾驶员的感受，二是快速高效的进行变道。针对第一方面，本申请提供的方案通过感知装置201获取主车辆的方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，可以更好的提升驾驶员在变道过程中的驾驶感受。针对第二方面，本申请以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度，快速超车，提升超车的效率，以下对这两个方面分别进行说明。

为了更好的理解本方案，首先对预设变道曲线进行说明，在一个具体的实施方式中，本申请提供的预设变道曲线可以是多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种。车辆基于预设变道曲线建立变道轨迹。在预设变道曲线的选择上，上述预设变道曲线的一种或多种组合得到的预设变道曲线需要满足以下约束：一是在变道过程中，车辆的运动轨迹曲线的二阶导函数需要是连续的，即三阶导处处存在，即可以获得预设变道曲线上任意一点的加速度，以使该轨迹可以作为智能车辆的跟踪轨迹。二是在变道轨迹的终点处，轨迹的二阶导的值等于零，如此车辆的前轮转角在变到结束时为零，从而车辆在变道结束后车辆的前进方向与车道线可以平行。此外，需要说明的是，本申请提供的预设变道曲线对应的函数的自变量包括曲率。下面以预设变道曲线为两段回旋线为例，对如何结合方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹进行说明。需要说明的是，本领域的技术人员结合本申请给出的实施例容易得到结合方向盘转角信息，根据其他类型的预设变道曲线生成变道轨迹。

如图7所示，为预设变道曲线为两段回旋线的示意图，其中第一段回旋线的起点为计算和判断装置202检测到预设的变道指令时主车辆的位置，第一段回旋线的终点为两个车道的交汇处。第二段回旋线的起点为第一段回旋线的终点，即第二段回旋线的起点为两个车道的交汇处，第二段回旋线的终点为主车辆变道成功后的位置，即变道后主车辆的前进方向与车道线平行的位置。回旋线方程的函数为：

其中，A代表回旋线的起点的曲率，B代表回旋线上任意一点的曲率，l代表回旋线上任意一点到回旋线起点的弧长。

根据阿克曼转向几何，方向盘的转角与回旋线的半径以及车辆的轴距具有以下关系：

其中，代表方向盘的转角，D代表车辆的轴距，R代表回旋线上任意一点的半径。对于不同的车辆，D的取值不同。由此，可以得到回旋线的半径R的公式：

对回旋线的半径R进行求导可以得到回旋线上任意一点的曲率，即：

预设变道曲线以曲率和弧长为自变量，对预设变道曲线的方程求一阶导数可以获得车辆的速度的函数，对预设变道曲线的方程求二阶导数可以获得车辆的加速度的函数，所以，根据方向盘的转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，即为当方向盘的转角信息已知时，可以根据方向盘转角信息获得对应的回旋线上对应的曲率，将获得的曲率带入车辆的速度的函数以及加速度的函数可以实时的获得车辆的速度以及加速度。

本申请实施例中，为了保证超车的效率性，以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度，即目标函数如下：

其中，L1代表车辆在第一车道时，车辆的当前位置与两车道交汇点之间的变道轨迹的弧长，第一车道是指车辆接收变道指令所在的车道。L2代表车辆在第二车道时，车辆的当位置与变道轨迹的终点之间的弧长，第二车道是指第一车道的相邻车道，即车辆要从第一车道变道至第二车道上行驶。需要说明的是，随着车辆的移动，即在车辆变道的过程中，L1和L2的值会逐渐变化，即变道轨迹会越来越短，具体的，L1的值逐渐减小到0之后，L2的值也会逐渐减小到0，即变道成功时，L2的取值为0。所以本申请的目标函数，具有动态性，随着主车辆的状态不同，目标函数也会随之变化，由此可以更好的适应于复杂的道路情况，根据车辆周围的环境可以实时的调整变道轨迹。下面对如何根据约束求解上述目标函数，得到车辆变道的加速度进行具体的说明。根据速度与时间的关系，L1和L2的表达式如下：

其中，v₀代表车辆当前的初始速度，a1代表车辆当前的加速度，a1也可以是L1段变道轨迹的加速度，当a1代表车辆当前的加速度时，可以在每个瞬间依据当前自车的方向盘转角信息推算最优辅助加速度，当a1代表L1段变道轨迹的加速度时，L1段路径的加速度保持不变可以提升驾驶员的假设感受。v₀和a1的取值可以根据车辆当时的方向盘转角以及回旋线对应的方程进行求解，当a1代表L1段变道轨迹的加速度时，则只在变道的初始阶段获取方向盘的转角信息并根据方向盘的转角信息确定a1,在L1段变道轨迹中一直保持a1的加速度。在上面已经对如何根据车辆当时的方向盘转角以及回旋线对应的方程进行求解v₀和a1进行了说明，这里不再重复赘述。T1代表车辆经过L1所需时间，T1的取值与航向角有关，具体的：

其中，θ_M为车道交汇处的车辆的航向角，θ₀代表车辆当前位置的航向角。需要说明的是，车辆的航向角是通过卫星导航定位方法获得的，车辆方向盘转角是通过传感器或者感知装置201获取的。通常，车辆的航向角与车辆方向盘转角具有对应关系，可以根据车辆的航向角确定相应的车辆方向盘转角，对于不同的车辆，车辆的航向角与车辆方向盘转角的对应关系不同，本申请实施例对此也不进行限定。ω₀为预设的航向角变化率，ω₀的选择与驾驶员的感受有关，ω₀可以是舒适变化率：舒适变化率是指通过对驾驶员在不同航向变化率的感受进行打分，以0—10分为区间，经过大量不同样本的重复试验得到的分值在9.5以上的航向角变化率即认定为舒适的航向角变化率。下面对L2的表达式进行说明，L2的表达式中，v₁代表车辆在车道交汇处的速度，具体的：

v₁＝v₀+a1×T1

其中，v₀，a1，T1已经在上文进行了介绍，这里不再赘述。

a2代表L2段路径的加速度,T2代表车辆经过L2所需时间，具体的，T2的表达式如下：

此外，在一个具体的实施方式中，为了保证变道后主车辆能够行驶于车道中间，不至于过分靠近车道边沿，造成安全隐患，还可以包括约束条件：

Y≤W

在一个具体的实施方式中：Y＝M。其中，Y代表车辆的纵坐标，M代表车道宽度。在本申请的一个具体的实施方式中，可以以L1段变道轨迹的起点的切线为X轴，以切线的法线法相我Y轴建立坐标系。

在一个具体的实施方式中，可以包括约束条件：

k≤k_max

其中，k_max代表道路允许的最大曲率。

通过以上包括的等式约束以及不等式约束可以对目标函数求解，若有解，则可以输出L1段路径的加速度a1以及L2段路径的加速度a2。控制装置203控制车辆根据变道加速度a1以及a2按照变道轨迹变换车道。具体的，可以通过上述约束条件求解目标函数，获得车道交汇处的曲率，即θ_M。根据θ_M以及回旋线对应的方程可以求出对应的加速度a2，关于如何根据曲率求解加速度已经在上文进行了介绍，此处不再重复赘述。

影响乘客乘车体验的一个重要指标是加速度变化率。当车辆以某个固定速度行驶的过程中，由于乘客处于受力平衡状态，因此不会有不适感；当车辆在某个固定加速度行驶时，乘客受到的是力的大小是一个定值。当车辆行驶的加速度存在变化时，乘客的平衡感就会降低，影响乘坐体验。所以，较小的加速度变化率可以提高乘车的舒适性。本申请提供的技术方案，当检测到变道指令时，根据方向盘转角信息确定初始的曲率以及初始的速度以及加速度，加速度变化率小，提升驾驶员的驾驶体验。此外，本申请提供的方案，以变道轨迹最短有优化问题，提升变道的效率。

在一个具体的实施方式中，若根据约束条件无法求解出优化问题，则告警装置204发出告警信息，具体的，可以提示驾驶员此时安全高效的超车的可行性低，不建议超车。

以上对本申请提供的方案应用于图1所示的场景中，即主车辆在相对简单的车道环境中进行变道进行了说明，在一些具体的实施方式中，本申请实施例提供的方案还可以应用于如图2至图4所示的场景中，即车辆在变道的时候不仅要考虑自车的运动信息还要考虑障碍物的位置及运动信息，下面对此类场景进行说明。

在这类场景中，车辆在规划变道轨迹前，要先根据障碍物的信息，比如根据周围车辆的运动信息确定是否可以安全变道，或者安全超车，下面分别对此进行说明。

计算和判断装置202检测到预设的变道指令时，根据感知装置201获取的信息判断是否可以超车。

在一个具体的实施方式中，当计算和判断装置202检测到左转向灯开启时，可以认为计算和判断装置202检测到预设的变道指令。在一个具体的实施方式中，计算和判断装置202检测到变道意图的阈值达到预设值时，可以认为计算和判断装置202检测到预设的变道指令，关于变道意图的解释已经在上文进行了介绍，这里不再重复赘述。

当计算和判断装置202检测到预设的变道指令，计算和判断装置202根据感知装置201获取的信息判断是否可以超车，具体的，在假设周围车辆保持当前速度，加速度，自车的加速度不变，航向角变化率保持恒定的舒适变化率ω0的前提下，预估超车时间，并进一步根据预估的超车时间判断能否安全超车。其中，根据如何公式预估超车时间：

W代表车道宽度，T3代表预估的超车时间，V0代表主车辆的初始速度，a1代表车辆当前的加速度，ω0代表预设的航向角变化率，具体的可以是舒适变化率，关于舒适变化率的理解上文已经进行了介绍，此处不再重复赘述。具体的，不同的车道情况，主车辆变道处于不同的环境，基于不同的条件进行判断，包括但不限于以下场景：

第一种场景：如图2所示的场景，主车辆想要变道超越前车，此时车道上的障碍物只有前车，即感知装置仅能检测到前车的速度和位置信息，则计算和判断装置202判断主车辆在预估超车时间完成超车时，主车辆和前车的横向距离是否不小于预设的安全距离d_1安全，若车辆和前车的横向距离不小于预设的安全距离d_1安全，则计算和判断装置202判断此时可以安全超车。具体的，在一个具体的实施方式中，可以利用如下公式进行判断：

其中，y1代表主车辆的车宽，y2代表前车的车宽。

在第一种场景中，若计算和判断装置202根据预估的超车时间T3判断此时不可以安全超车，则告警装置发出告警信息，具体的，可以提示驾驶员不建议超车。若计算和判断装置202根据预估的超车时间T3判断此时可以安全超车，则计算和判断装置202为主车辆规划变道轨迹。具体的，关于计算和判断装置202为主车辆规划变道轨迹，可以参照上文进行理解，即根据主车辆的方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度。此外，由于第一种场景中，还需要考虑前车的速度和位置信息，所以，在这种场景中，优化问题的约束条件还可以包括主车辆和前车的横向距离不小于预设的安全距离d_1安全。关于如何根据主车辆的方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度上文已经有了详细的介绍，这里不再重复说明。

在第一种场景中，计算和判断装置202可以对是否可以安全超车进行两次判断，第一次判断即在假设周围车辆保持当前速度，加速度，自车的加速度不变，航向角变化率保持恒定的舒适变化率ω0的前提下，预估超车时间，并进一步根据预估的超车时间判断能否安全超车。若第一判断能够安全超车，则计算和判断装置202规划变道轨迹，在变道轨迹的生成过程中，对是否可以安全超车进行第二次判断，即判断根据设定的约束条件，目标函数是否有解，若有解，则确定可以安全快速的超车，控制主车辆以确定的加速度以及变道轨迹进行变道。

第二种场景：如图3、图4所示的场景，主车辆想要变道超越前车，此时车道上的障碍物有前车，还有后车。即感知装置能检测到前车的速度和位置信息，也能检测到后车的速度和位置信息，需要说明的，后车可能有1个或者多个，本申请实施例对此并不进行限定，以下以后车有两个为例进行说明。则计算和判断装置202判断主车辆在预估超车时间完成超车时，主车辆和前车的横向距离是否不小于预设的安全距离d_1安全，主车辆和后车的纵向距离是否不小于预设的安全距离d_2安全，若车辆和前车的横向距离不小于预设的安全距离d_1安全，且主车辆和后车的纵向距离是否不小于预设的安全距离d_2安全，则计算和判断装置202判断此时可以安全超车。具体的，在一个具体的实施方式中，可以利用如下公式进行判断：

需要说明的是，在一些场景中，可能主车辆在变道的过程中，没有前车，只有后车，即此时不需要考虑与前车的距离限制，只需要考虑与后车的安全距离，则在上述计算和判断装置202判断此时可以安全超车时，只需要判断主车辆和后车的纵向距离是否不小于预设的安全距离d_2安全。

在第二种场景中，若计算和判断装置202根据预估的超车时间T3判断此时不可以安全超车，则告警装置发出告警信息，具体的，可以提示驾驶员不建议超车。若计算和判断装置202根据预估的超车时间T3判断此时可以安全超车，则计算和判断装置202为主车辆规划变道轨迹。具体的，关于计算和判断装置202为主车辆规划变道轨迹，可以参照上文进行理解，即根据主车辆的方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度。此外，由于第二种场景中，还需要考虑前车的速度和位置信息以及后车的速度和位置信息，所以，在这种场景中，优化问题的约束条件还可以包括主车辆和前车的横向距离不小于预设的安全距离d_1安全，主车辆和后车的纵向距离不小于预设的安全距离d_2安全。关于如何根据主车辆的方向盘转角信息，基于预设变道曲线生成变道轨迹，以变道轨迹最短为优化问题，计算变道加速度上文已经有了详细的介绍，这里不再重复说明。

在第二种场景中，计算和判断装置202可以对是否可以安全超车进行两次判断，第一次判断即在假设周围车辆保持当前速度，加速度，自车的加速度不变，航向角变化率保持恒定的舒适变化率ω0的前提下，预估超车时间，并进一步根据预估的超车时间判断能否安全超车。若第一判断能够安全超车，则计算和判断装置202规划变道轨迹，在变道轨迹的生成过程中，对是否可以安全超车进行第二次判断，即判断根据设定的约束条件，目标函数是否有解，若有解，则确定可以安全快速的超车，控制主车辆以确定的加速度以及变道轨迹进行变道。第二种场景与第一种场景的区别在于，第二种场景是一种道路情况更为复杂的场景。

以上对本申请实施例提供的车辆变道控制系统进行了介绍，下面对本申请实施例提供的车辆变道控制的方法进行介绍。

如图8所示，为本申请实施例提供的一种车辆变道控制的方法。

如图8所示，本申请实施例提供的一种车辆表道控制的方法可以包括以下步骤：

801、检测预设的变道指令。

802、检测到变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息。

运动信息可以包括主车辆的速度和第一航向角信息。

803、结合方向盘转角信息以及预设变道曲线的方程确定初始加速度，并根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹的函数。

在一个具体的实施方式中，还可以包括以变道轨迹的取值最小为优化问题，计算目标加速度，优化问题的约束可以包括主车辆的横向位移不大于车道宽度，横向为与车道方向垂直的方向，主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及变道轨迹的曲率不大于车道允许的最大曲率。若优化问题有解，则控制主车辆根据目标加速度变换车道。

在一个具体的实施方式中，预设变道曲线可以包括多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种，所示预设变道曲线方程的自变量可以包括曲率。

在一个具体的实施方式中，结合方向盘转角信息以及预设变道曲线的方程确定初始加速度，可以包括：根据方向盘转角信息确定预设变道曲线的起始点的曲率。根据曲率以及预设变道曲线在起始点的二阶导数确定初始加速度。

在一个具体的实施方式中，根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹的函数，可以包括：根据第一航向角信息和第二航向角信息以及预设的航向角变换率确定超车所需的第一时间，第二航向角为主车辆处于两个车道的交汇处时的航向角。根据第一时间、速度和初始加速度确定变道轨迹的函数。

在一个具体的实施方式中，根据第一时间、速度和初始加速度确定变道轨迹的函数，可以包括：根据第一时间、主车辆实时的速度和初始加速度确定变道轨迹的函数。

在一个具体的实施方式中，还可以包括：获取第一信息，第一信息可以包括车道宽度信息以及障碍物信息，障碍物信息可以包括障碍物的速度和位置信息。根据车道宽度信息、主车辆的速度以及预设的航向角变换率确定超车所需的第二时间。根据主车辆的速度以及障碍物信息，确定经过第二时间，主车辆与障碍物之间的距离是否不小于预设的安全距离。若不小于预设的安全距离，则根据初始加速度以及运动信息确定变道轨迹的函数。

在一个具体的实施方式中，优化问题的约束还可以包括：主车辆与障碍物之间的距离不小于预设的安全距离。

在一个具体的实施方式中，还可以包括：若确定主车辆与障碍物之间的距离小于预设的安全距离，则输出警告提示。

在一个具体的实施方式中，还可以包括：还用于：若优化问题无解，则输出告警提示。

在一个具体的实施方式中，预设的变道指令可以包括左转向灯开启。

本申请实施例中还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有用于生成车辆行驶速度的程序，当其在计算机上行驶时，使得计算机执行如前述图8所示实施例描述的方法中自动驾驶车辆所执行的步骤。

本申请实施例中还提供一种包括计算机程序产品，当其在计算机上行驶时，使得计算机执行如前述图8所示实施例描述的方法中自动驾驶车辆所执行的步骤。

本申请实施例中还提供一种变道控制装置，所述变道控制装置包括处理电路，所述处理电路配置为执行如前述图8所示实施例描述的方法中自动驾驶车辆所执行的步骤。

本申请实施例还提供了一种自动驾驶车辆，结合上述对图5的描述，请参阅图9，图9为本申请实施例提供的自动驾驶车辆的一种结构示意图，其中，自动驾驶车辆上可以部署有上述对应实施例中所描述的车车辆变道控制系统，用于实现安全快速的规划变道轨迹的目的。由于在部分实施例中，自动驾驶车辆还可以包括通信功能，则自动驾驶车辆除了包括图5中所示的组件，还可以包括：接收器901和发射器902，其中，处理器903可以包括应用处理器9031和通信处理器9032。在本申请的一些实施例中，接收器901、发射器902、处理器903和存储器904可通过总线或其它方式连接。

处理器903控制自动驾驶车辆的操作。具体的应用中，自动驾驶车辆的各个组件通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都称为总线系统。

接收器901可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与自动驾驶车辆的相关设置以及功能控制有关的信号输入。发射器902可用于通过第一接口输出数字或字符信息。发射器902还可用于通过第一接口向磁盘组发送指令，以修改磁盘组中的数据；发射器902还可以包括显示屏等显示设备。

本申请实施例中，应用处理器9031用于执行图8对应实施例中的车辆变道控制的方法。

本申请实施例还可以提供一种芯片，该芯片包括：处理单元和通信单元，所述处理单元例如可以是处理器，所述通信单元例如可以是输入/输出接口、管脚或电路等。该处理单元可执行存储单元存储的计算机执行指令，以使服务器内的芯片执行上述图8所示实施例描述的车辆表道控制的方法。可选地，所述存储单元为所述芯片内的存储单元，如寄存器、缓存等，所述存储单元还可以是所述无线接入设备端内的位于所述芯片外部的存储单元，如只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)等。

具体的，请参阅图10，图10为本申请实施例提供的芯片的一种结构示意图，所述芯片可以表现为神经网络处理器NPU，NPU作为协处理器挂载到主CPU(Host CPU)上，由HostCPU分配任务。NPU的核心部分为运算电路903，通过控制器904控制运算电路903提取存储器中的矩阵数据并进行乘法运算。

在一些实现中，运算电路903内部包括多个处理单元(Process Engine,PE)。在一些实现中，运算电路903是二维脉动阵列。运算电路903还可以是一维脉动阵列或者能够执行例如乘法和加法这样的数学运算的其它电子线路。在一些实现中，运算电路903是通用的矩阵处理器。

举例来说，假设有输入矩阵A，权重矩阵B，输出矩阵C。运算电路从权重存储器902中取矩阵B相应的数据，并缓存在运算电路中每一个PE上。运算电路从输入存储器901中取矩阵A数据与矩阵B进行矩阵运算，得到的矩阵的部分结果或最终结果，保存在累加器(accumulator)908中。

统一存储器906用于存放输入数据以及输出数据。权重数据直接通过存储单元访问控制器(Direct Memory Access Controller，DMAC)1005，DMAC被搬运到权重存储器902中。输入数据也通过DMAC被搬运到统一存储器906中。

BIU为Bus Interface Unit即，总线接口单元910，用于AXI总线与DMAC和取指存储器(Instruction Fetch Buffer，IFB)909的交互。

总线接口单元910(Bus Interface Unit，简称BIU)，用于取指存储器909从外部存储器获取指令，还用于存储单元访问控制器904从外部存储器获取输入矩阵A或者权重矩阵B的原数据。

DMAC主要用于将外部存储器DDR中的输入数据搬运到统一存储器906或将权重数据搬运到权重存储器902中或将输入数据数据搬运到输入存储器901中。

向量计算单元907包括多个运算处理单元，在需要的情况下，对运算电路的输出做进一步处理，如向量乘，向量加，指数运算，对数运算，大小比较等等。主要用于神经网络中非卷积/全连接层网络计算，如Batch Normalization(批归一化)，像素级求和，对特征平面进行上采样等。

在一些实现中，向量计算单元907能将经处理的输出的向量存储到统一存储器906。例如，向量计算单元907可以将线性函数和/或非线性函数应用到运算电路903的输出，例如对卷积层提取的特征平面进行线性插值，再例如累加值的向量，用以生成激活值。在一些实现中，向量计算单元907生成归一化的值、像素级求和的值，或二者均有。在一些实现中，处理过的输出的向量能够用作到运算电路903的激活输入，例如用于在神经网络中的后续层中的使用。

控制器904连接的取指存储器(instruction fetch buffer)909，用于存储控制器904使用的指令；

统一存储器906，输入存储器901，权重存储器902以及取指存储器909均为On-Chip存储器。外部存储器私有于该NPU硬件架构。

其中，循环神经网络中各层的运算可以由运算电路903或向量计算单元907执行。

其中，上述任一处提到的处理器，可以是一个通用中央处理器，微处理器，ASIC，或一个或多个用于控制上述第一方面方法的程序执行的集成电路。

另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本申请提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CLU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本申请而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。

所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。

Claims (19)

1.一种车辆的变道控制系统，其特征在于，包括：

计算和判断装置，用于检测预设的变道指令；

感知装置，用于所述计算和判断装置检测到所述变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息，所述运动信息包括所述主车辆的初始速度和所述主车辆的第一航向角信息；

所述计算和判断装置，用于结合所述方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，还用于根据所述主车辆的第一航向角信息和第二航向角信息以及预设的航向角变换率确定超车所需的第一时间，所述第二航向角为所述主车辆处于两个车道的交汇处时的航向角；根据所述第一时间、所述主车辆的初始速度和所述初始加速度确定所述变道轨迹；

控制装置，用于控制所述主车辆按照所述计算和判断装置确定的所述变道轨迹行驶。

2.根据权利要求1所述的变道控制系统，其特征在于，所述计算和判断装置，具体用于：

根据所述方向盘转角信息确定所述预设变道曲线的起始点的曲率；

根据所述曲率以及所述预设变道曲线在所述起始点的二阶导数确定所述初始加速度。

3.根据权利要求2所述的变道控制系统，其特征在于，所述计算和判断装置，具体用于：

根据所述第一时间、所述主车辆实时的速度和目标加速度确定所述变道轨迹，所述主车辆实时的速度根据所述主车辆的初始速度以及所述主车辆的初始加速度确定，所述目标加速度为以所述变道轨迹的取值最小为优化问题，根据预设的所述优化问题的约束确定的加速度。

4.根据权利要求3所述的变道控制系统，其特征在于，

所述计算和判断装置，还用于以所述变道轨迹的取值最小为优化问题，计算所述目标加速度，所述优化问题的约束包括所述主车辆的横向位移不大于车道宽度，所述横向为与所述车道方向垂直的方向，所述主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及所述变道轨迹的曲率不大于所述车道允许的最大曲率；

所述控制装置，用于若所述优化问题有解，则控制所述主车辆根据所述目标加速度以及所述目标加速度对应的所述变道轨迹行驶。

5.根据权利要求4所述的变道控制系统，其特征在于，所述变道控制系统还包括告警装置，

所述告警装置，用于若所述优化问题无解，则输出告警提示。

6.根据权利要求1至5任一项所述的变道控制系统，其特征在于，

所述感知装置，还用于获取第一信息，所述第一信息包括车道宽度信息以及障碍物信息，所述障碍物信息包括所述障碍物的速度和位置信息；

所述计算和判断装置，还用于根据所述车道宽度信息、所述主车辆的初始速度以及预设的航向角变换率确定超车所需的第二时间；

所述计算和判断装置，还用于根据所述主车辆的初始速度以及所述障碍物信息，确定经过所述第二时间，所述主车辆与所述障碍物之间的距离是否不小于预设的安全距离；

所述计算和判断装置，具体用于若不小于所述预设的安全距离，则根据所述初始加速度以及所述运动信息确定变道轨迹的函数。

7.根据权利要求1至6任一项所述的变道控制系统，其特征在于，所述预设的变道指令包括左转向灯开启。

8.根据权利要求1至7任一项所述的变道控制系统，其特征在于，所述预设变道曲线包括多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种，所示预设变道曲线的自变量包括曲率。

9.一种车辆的变道控制方法，其特征在于，包括：

检测预设的变道指令；

检测到所述变道指令时，获取主车辆的方向盘转角信息和运动信息，所述运动信息包括所述主车辆的初始速度和所述主车辆的第一航向角信息；

根据所述方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，

根据所述主车辆的第一航向角信息和第二航向角信息以及预设的航向角变换率确定超车所需的第一时间，所述第二航向角为所述主车辆处于两个车道的交汇处时的航向角；

根据所述第一时间、所述主车辆的初始速度和所述初始加速度确定所述变道轨迹；

控制所述主车辆按照确定的所述变道轨迹行驶。

10.根据权利要求9所述的变道控制方法，其特征在于，所述根据所述方向盘转角信息以及预设变道曲线确定初始加速度，包括：

根据所述方向盘转角信息确定所述预设变道曲线的起始点的曲率；

根据所述曲率以及所述预设变道曲线在所述起始点的二阶导数确定所述初始加速度。

11.根据权利要求10所述的变道控制方法，其特征在于，所述根据所述第一时间、所述主车辆的初始速度和所述初始加速度确定所述变道轨迹，包括：

根据所述第一时间、所述主车辆实时的速度和目标加速度确定所述变道轨迹，所述主车辆实时的速度根据所述主车辆的初始速度以及所述主车辆的初始加速度确定，所述目标加速度为以所述变道轨迹的取值最小为优化问题，根据预设的所述优化问题的约束确定的加速度。

12.根据权利要求11所述的变道控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

以所述变道轨迹的取值最小为优化问题，计算所述目标加速度，所述优化问题的约束包括所述主车辆的横向位移不大于车道宽度，所述横向为与所述车道方向垂直的方向，所述主车辆的行驶速度不超过车道限速，以及所述变道轨迹的曲率不大于所述车道允许的最大曲率；

若所述优化问题有解，则控制所述主车辆根据所述目标加速度以及所述目标加速度对应的所述变道轨迹行驶。

13.根据权利要求12所述的变道控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述优化问题无解，则输出告警提示。

14.根据权利要求9至13任一项所述的变道控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取第一信息，所述第一信息包括车道宽度信息以及障碍物信息，所述障碍物信息包括所述障碍物的速度和位置信息；

根据所述车道宽度信息、所述主车辆的初始速度以及预设的航向角变换率确定超车所需的第二时间；

根据所述主车辆的初始速度以及所述障碍物信息，确定经过所述第二时间，所述主车辆与所述障碍物之间的距离是否不小于预设的安全距离；

所述根据所述初始加速度以及所述运动信息确定变道轨迹，包括：

若不小于所述预设的安全距离，则根据所述初始加速度以及所述运动信息确定变道轨迹。

15.根据权利要求9至14任一项所述的变道控制方法，其特征在于，所述预设的变道指令包括左转向灯开启。

16.根据权利要求9至15任一项所述的变道控制方法，其特征在于，所述预设变道曲线包括多项式曲线、圆弧、回旋线、正弦曲线中的一种或多种，所示预设变道曲线的自变量包括曲率。

17.一种自动驾驶车辆，其特征在于，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求9至16中任一项所述的方法。

18.一种计算机可读存储介质，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求9至17中任一项所述的方法。

19.一种变道控制装置，其特征在于，所述变道控制装置包括处理电路，所述处理电路配置为执行如权利要求9至18中任一项所述的方法。

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