CN113859240A - 车道变换辅助系统和使用该系统的车道变换方法 - Google Patents

车道变换辅助系统和使用该系统的车道变换方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种车道变换辅助系统和使用该系统的车道变换方法。车道变换辅助系统包括：至少一个传感器，该传感器感测本车辆的车速、本车辆周围的周围车辆的车速、以及本车辆与周围车辆之间的距离，并且将感测到的信息作为感测信息提供；车道变换控制器，基于感测信息识别车道变换可能条件，计算预期车道变换时间，并且针对预期车道变换时间生成车道变换路径；转向装置，基于车道变换路径控制本车辆的横向移动；以及加速和减速装置，基于车道变换路径控制本车辆的纵向移动。

Description

车道变换辅助系统和使用该系统的车道变换方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0080472的优先权的利益，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及一种车道变换辅助系统以及使用该系统的车道变换方法。
背景技术
车道变换辅助系统是使用驾驶员的输入或路径设置等信息自动进行车道变换的系统。
车道变换辅助系统基本上应该确定与车辆周围的物体发生碰撞的概率，以安全地进行车道变换。存在碰撞概率的碰撞确定的结果用于限制车道变换辅助功能的启动或返回到原始车道。
特别地，迫切需要开发一种技术，该技术能够在本车辆进行车道变换时确定与在目标车道上行驶的目标车辆的行为有关的碰撞概率，并且能够安全地进行车道变换。
发明内容
本公开是为了解决现有技术中出现的上述问题，同时保持现有技术所实现的优点不变。
本发明的一个方面提供了一种车道变换辅助系统和使用该系统的车道变换方法，该车道变换辅助系统用于计算在本车辆进行车道变换时在避免与目标车道上行驶的目标车辆碰撞的同时完成车道变换的最小/最大时间，并且根据所计算的时间生成车道变换路径。
本发明要解决的技术问题不限于前述问题，本发明所属领域的技术人员将从下面的描述中清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。
根据本公开的一个方面，车道变换辅助系统可以包括：至少一个传感器，感测本车辆的车速、本车辆周围的周围车辆的车速、以及本车辆与周围车辆之间的距离，并且将感测到的信息作为感测信息提供；车道变换控制器，基于感测信息识别车道变换可能条件，计算预期车道变换时间，并且针对预期车道变换时间生成车道变换路径；转向装置，基于车道变换路径控制本车辆的横向移动；以及加速和减速装置，基于车道变换路径控制本车辆的纵向移动。
根据本公开的另一方面，车道变换方法可以包括：感测本车辆的车速、周围车辆的车速、以及本车辆与周围车辆之间的距离，以生成感测信息；基于感测信息确定车道变换可能条件；当满足车道变换可能条件时，基于感测信息计算预期车道变换时间；以及基于预期车道变换时间生成车道变换路径。生成车道变换路径可以包括使用最小急转轨迹来设置初始值和包括预期车道变换时间的目标值，以及基于所设置的初始值和所设置的目标值根据动力学方程来生成车道变换路径。
附图说明
通过结合附图的以下详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将更加明显：
图1是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的配置的框图；
图2是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的车道变换控制器的配置的框图；以及
图3、图4、图5和图6是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的图。
具体实施方式
在下文中，将参考示例性附图详细描述本公开的一些实施例。在给每张图的部件添加附图标记时，应当注意，即使在其他图上显示相同或等效的部件时，也用相同的附图标记表示。此外，在描述本公开的实施例时，以免不必要地模糊本公开的要旨，将排除对公知特征或功能的详细描述。
在描述根据本公开的实施例的部件时，可以使用诸如第一、第二、“A”、“B”、(a)、(b)等的术语。这些术语仅仅是为了将一种部件与另一种部件区分开来，术语并不限制组成部件的性质、序列或顺序。除非另有定义，本文中使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本公开所涉及的本领域技术人员通常理解的相同的含义。在一般使用的词典中定义的术语应被解释为具有与相关领域中的上下文意义相等的意义，并且不应被解释为具有理想的或过于正式的意义，除非在本申请中明确定义为具有理想的或过于正式的意义。
在下文中，将参照图1至图3详细描述本公开的实施例。
图1是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的配置的框图。
参照图1，根据本公开的实施例的车道变换辅助系统可以在车辆中实现。在这种情况下，车道变换控制器30可以与车辆中的控制单元一体配置，或者可以实现为通过单独的连接装置与车辆的控制单元连接的单独装置。
参照图1，根据本公开的实施例的车道变换辅助系统可以包括第一传感器10、第二传感器20、车道变换控制器30、转向装置40以及加速和减速装置50。
第一传感器10可以将通过感测本车辆的车速而获得的信息作为第一感测信息S1提供给车道变换控制器30。
第二传感器20可以将通过感测本车辆周围的物体而获得的信息作为第二感测信息S2提供给车道变换控制器30。
例如，第二传感器20可以将通过感测本车辆周围的周围车辆而获得的信息作为第二感测信息S2提供给车道变换控制器30。
在这种情况下，由第二传感器20提供给车道变换控制器30的第二感测信息S2可以包括：本车辆与周围车辆之间的距离的信息和周围车辆的速度的信息。
具体地，在根据本公开的实施例的车道变换辅助系统中使用的第二传感器20可以包含：当本车辆将行驶车道变换到目标车道时，在目标车道上行驶的车辆与本车辆之间的距离的信息，以及在目标车道上行驶的车辆的速度的信息。
当目标车道上有在本车辆前方行驶的前方车辆时，第二传感器20可以将前方车辆与本车辆之间的距离和前方车辆的车速作为第二感测信息S2提供给车道变换控制器30。
同时，当在目标车道上有在本车辆后方行驶的跟随车辆时，第二传感器20可以将跟随车辆与本车辆之间的距离和跟随车辆的车速作为第二感测信息S2提供给车道变换控制器30。
此外，当在目标车道上有在本车辆前方行驶的前方车辆、并且在目标车道上有在本车辆后方行驶的跟随车辆时，第二传感器20可以将前方车辆与本车辆之间的距离、跟随车辆与本车辆之间的距离、前方车辆的车速、以及跟随车辆的车速作为第二感测信息S2提供给车道变换控制器30。
在下文中，将给出在目标车道上存在前方车辆和跟随车辆的示例的描述。
在下文中，假设由第二传感器20提供给车道变换控制器30的第二感测信息S2包括前方车辆与本车辆之间的距离、跟随车辆与本车辆之间的距离、前方车辆的车速以及跟随车辆的车速。
此外，在下文中，当本车辆向目标车道进行车道变换时，为了便于描述，将在目标车道上行驶的前方车辆和在目标车道上行驶的跟随车辆称为前方车辆和跟随车辆。
车道变换控制器30可以基于第一感测信息S1和第二感测信息S2生成转向控制信息C1以及加速和减速控制信息C2。
在这种情况下，转向控制信息C1可以提供给转向装置40，并且加速和减速控制信息C2可以提供给加速和减速装置50。
例如，车道变换控制器30可以基于第一感测信息S1和第二感测信息S2计算预期车道变换时间，并可基于计算出的预期车道变换时间生成转向控制信息C1和加速和减速控制信息C2。
具体地，车道变换控制器30可以基于本车辆的车速、前方车辆的车速、跟随车辆的车速、本车辆与前方车辆之间的距离、以及本车辆与跟随车辆之间的距离来计算预期车道变换时间，并且可以基于计算出的预期车道变换时间来生成转向控制信息C1和加速和减速控制信息C2。
转向装置40可以基于转向控制信息C1来控制本车辆的转向角度，以控制本车辆的横向移动。
加速和减速装置50可以基于加速和减速控制信息C2来控制本车辆的车速，以控制本车辆的纵向移动。
图2是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的车道变换控制器的配置的框图。图3至图6是示出根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的图。
参照图2，车道变换控制器30可以包括车道变换时间计算装置31和车道变换路径生成器32。
车道变换时间计算装置31可以基于第一感测信息S1和第二感测信息S2来计算预期车道变换时间T_inf。
例如，车道变换时间计算装置31可以基于本车辆的车速、前方车辆的车速、跟随车辆的车速、本车辆与前方车辆之间的距离以及本车辆与跟随车辆之间的距离来计算预期车道变换时间T_inf。
在这种情况下，预期车道变换时间T_inf可以包括预期车道变换最小时间和预期车道变换最大时间。当预期车道变换时间T_inf大于预定范围时，车道变换时间计算装置31可以确定不可能进行车道变换。
具体地，车道变换时间计算装置31可以基于碰撞时间(TTC)和车辆间时间(TIV)来计算预期车道变换时间T_inf。
当跟随车辆的车速大于前方车辆的车速时，TTC可以定义为
Figure BDA0003136232570000051
作为计算直到前方车辆和跟随车辆以相对速度彼此发生碰撞的时间的公式。
在这种情况下，Vlead可以表示前方车辆的车速，Vlag可以表示跟随车辆的车速，并且前方车辆与跟随车辆之间的距离可以表示为d。
TIV可以定义为
Figure BDA0003136232570000052
作为计算在跟随车辆以当前车速行驶时到达前方车辆的当前位置所花费的时间的公式。
在这种情况下，Vlag可以是跟随车辆的车速，并且d可以是前方车辆和跟随车辆之间的距离。
当本车辆和周围车辆(例如，前方车辆或跟随车辆)以高相对速度行驶并且当TTC大于或等于2秒时，根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的车道变换控制器30可以使用TTC作为确定是否可以进行车道变换的标准。此外，当本车辆和周围车辆(例如，前方车辆或跟随车辆)的距离较窄并且当TIV大于或等于1秒时，车道变换控制器30可以使用TIV作为判断是否可以进行车道变换的标准。
结果，根据本公开的实施例的车道变换辅助系统可以在本车辆和周围车辆进行高速行驶(例如高速公路行驶)时，基于TTC确定是否存在可以进行车道变换的条件。当本车辆和周围车辆之间的间隙像市区驾驶一样狭窄时，车道变换辅助系统可以基于TIV来确定是否存在可以进行车道变换的条件。
此外，假设当由车道变换时间计算装置31计算出的预期车道变换时间T_inf应大于或等于4.5秒的最小值并且应不大于7.5秒的最大值时，车道变换时间计算装置31确定可以进行车道变换。
车道变换路径生成器32可以基于预期车道变换时间T_inf生成转向控制信息C1和加速和减速控制信息C2。
车道变换路径生成器32可以根据预期车道变换时间T_inf，使用最小急转轨迹和动力学方程生成用于控制本车辆的横向移动的转向控制信息C1和用于控制本车辆的纵向移动的加速和减速控制信息C2。
将参考图3给出车道变换时间计算装置31的描述。
首先，将给出使用TTC的概念计算预期车道变换时间T_inf的方式的描述。
图3示出在前方车辆T1和跟随车辆H行驶的状态下，跟随车辆H试图向前方车辆T1行驶的车道进行车道变换。
在前方车辆T1和跟随车辆H以前方车辆T1与跟随车辆H之间的相对速度发生彼此碰撞之前的时间可以是通过将前方车辆T1和跟随车辆H之间的距离除以前方车辆T1与跟随车辆H之间的速度差而获得的值。
在前方车辆T1和跟随车辆H以前方车辆T1与跟随车辆H之间的相对速度发生彼此碰撞之前的时间可以表示为
Figure BDA0003136232570000061
在这种情况下，可以将跟随车辆H的车速定义为Vlag，可以将前方车辆T1的车速定义为Vlead，并且可以将前方车辆T1与跟随车辆H之间的距离定义为d。
如上所述，由于假设当TTC必须大于或等于2秒时可以进行车道变换，因此直到跟随车辆H完成车道变换所花的时间t应比前方车辆T1和跟随车辆H以相对速度发生彼此碰撞之前的时间短2秒以上。
因此，可以建立公式，如
Figure BDA0003136232570000071
当公式以t为基础求解时，可以表示为
Figure BDA0003136232570000072
在这种情况下，因为TTC是基于前方车辆和跟随车辆之间的相对速度指示到前方车辆和跟随车辆发生彼此碰撞之前的时间的数值，所以在前方车辆的车速快于跟随车辆的车速时没有碰撞的危险，所以可以始终满足TTC条件。
因此，当跟随车辆的车速高于前方车辆的车速时，TTC条件可以是有效的。
参照图4，示出了当本车辆H进行车道变换时在本车辆H的目标车道上行驶的前方车辆T1和跟随车辆T2。
因此，本车辆H和前方车辆T1之间的基于TTC的车道变换时间和条件可以基于TTC表示为：如果VT1＜VH，则
Figure BDA0003136232570000073
在这种情况下，公开了获得车道变换时间的最大值的公式，以获得最安全的车道变换时间。d1为本车辆H与前方车辆T1之间的距离，前方车辆T1的车速为VT1，并且本车辆H的车速为VH。
此外，本车辆H与跟随车辆T2之间的基于TTC的车道变换时间和条件可以基于TTC表示为：如果VH＜VT2，则
Figure BDA0003136232570000074
在这种情况下，公开了获得车道变换时间的最大值的公式，以获得最安全的车道变换时间。d2为本车辆H与跟随车辆T2之间的距离，本车辆H的车速为VH，并且跟随车辆T2的车速为VT2。
将参考图5给出使用TIV的概念的车道变换时间计算装置31的描述。
图5示出了在前方车辆T1和跟随车辆H行驶的状态下，跟随车辆H试图向前方车辆T1行驶的车道进行车道变换。
直到跟随车辆H到达前方车辆T1的当前位置所花的时间可以是通过将前方车辆T1和跟随车辆H之间的距离除以跟随车辆H的车速而获得的值。
因此，直到跟随车辆H到达前方车辆T1的当前位置所花的时间可以表示为
Figure BDA0003136232570000081
在这种情况下，可以将跟随车辆H的车速定义为Vlag，并且可以将前方车辆T1和跟随车辆H之间的距离定义为d。
如上所述，由于假设当TIV应大于或等于1秒时可以进行车道变换，因此直到跟随车辆H的车道变换完成所花的时间t应比直到跟随车辆H到达前方车辆T1的当前位置所花的时间短1秒以上。
因此，可以建立公式，如
Figure BDA0003136232570000082
在这种情况下，Vlag·t表示在t秒期间跟随车辆H移动的距离，并且Vlead·t表示在t秒期间前方车辆T1移动的距离。
当公式以t为基础求解时，可以表示为
Figure BDA0003136232570000083
在这种情况下，当前方车辆T1的车速Vlead高于跟随车辆H的车速Vlag时，可以将直到车道变换完成所花的时间t表示为最小时间。
当前方车辆T1的车速Vlead低于跟随车辆H的车速Vlag时，可以表示为
Figure BDA0003136232570000084
并且直到车道变换完成所花的时间t可以表示为最大时间。
参照图4，在图4中示出了当本车辆H进行车道变换时在本车辆H的目标车道上行驶的前方车辆T1和跟随车辆T2。
因此，当前方车辆T1的车速高于本车辆H的车速时，基于本车辆H和前方车辆T1之间的TIV的车道变换时间可以表示为最小时间，并且当前方车辆T1的车速低于本车辆H的车速时，该车道变换时间可以表示为最大时间。
总而言之，本车辆H和前方车辆T1之间的基于TIV的车道变换时间和条件可以表示为：如果VT1＞VH，则
Figure BDA0003136232570000091
和如果VT1＜VH，则
Figure BDA0003136232570000092
此外，当本车辆H的车速高于跟随车辆T2的车速时，本车辆H与跟随车辆T2之间基于TIV的车道变换时间可以表示为最小时间；并且当本车辆H的车速低于跟随车辆T2的车速时，本车辆H与跟随车辆T2之间基于TIV的车道变换时间可以表示为最大时间。
总而言之，在本车辆H和跟随车辆T2之间基于TIV的车道变换时间和条件可以表示为：如果VH＞VT2，则
Figure BDA0003136232570000093
和如果VH＜VT2，则
Figure BDA0003136232570000094
因此，当本车辆H进行车道变换时，车道变换时间计算装置31可以在前方车辆T1和跟随车辆T2在目标车道上行驶的状态下，基于TTC和TIV中的每一个来计算直到车道变换结束所花的时间。
车道变换时间计算装置31可以根据前方车辆T1、本车辆H、以及跟随车辆T2中的每一个的车速、前方车辆T1和本车辆H之间的距离d1、以及本车辆H和跟随车辆T2之间的距离d2，来基于TTC计算
Figure BDA0003136232570000095
和
Figure BDA0003136232570000096
并且可以基于TIV计算
Figure BDA0003136232570000097
以及
Figure BDA0003136232570000098
在这种情况下，在根据本公开的实施例的车道变换辅助系统中，由于假设预期车道变换时间应该大于或等于最小4.5秒，因此车道变换时间计算装置31可以将计算的时间当中作为最小时间计算出的时间(
Figure BDA0003136232570000099
和
Figure BDA00031362325700000910
)、以及4.5秒当中最大的值，作为预期车道变换时间T_inf的最小时间输出。
此外，在根据本公开的实施例的车道变换辅助系统中，由于假设预期车道变换时间应该小于7.5秒，因此车道变换时间计算装置31可以将作为最大时间计算的时间(
Figure BDA00031362325700000911
以及
Figure BDA00031362325700000912
)以及7.5秒当中最小的值，作为预期车道变换时间T_inf的最大时间输出。
因此，车道变换时间计算装置31可以基于前方车辆T1、本车辆H、以及跟随车辆T2中的每一个的车速、前方车辆T1和本车辆H之间的距离d1以及本车辆H和跟随车辆T2之间的距离d2来计算预期车道变换时间T_inf的最小时间和最大时间，并且可以向车道变换路径生成器32提供最小时间和最大时间。
将详细描述图2的车道变换路径生成器32的操作。
车道变换路径生成器32可以根据从车道变换时间计算装置31提供的预期车道变换时间T_inf来生成车道变换路径。
在这种情况下，为了根据预期车道变换时间T_inf生成车道变换路径，车道变换路径生成器32可以使用最小急转轨迹设置本车辆H的初始值和目标值，并且可以将初始值和目标值代入动力学方程，从而生成本车辆H的横向坐标和纵向坐标。
所生成的本车辆H的横向坐标可以作为转向控制信息C1提供给图1的转向装置40，并且本车辆H的纵向坐标可以作为加速和减速控制信息C2提供给图1的加速和减速装置50。
首先，下面将描述车道变换路径生成器32生成纵向坐标的操作。
车道变换路径生成器32可以使用最小急转轨迹来设置本车辆H的初始值和目标值，如下面的表1所示。
[表1]
Figure BDA0003136232570000101
在这种情况下，t定义为时间，x定义为本车辆的纵向坐标，v定义为本车辆的车速，并且a定义为本车辆的加速度。s指在曲线上获得的本车辆在弯曲车道上的纵向位置。因为假设本车辆以恒定速度行驶，所以加速度a的初始值和目标值都为“0”。当使用最小急转轨迹设置初始值和目标值时，车道变换路径生成器32可以将设置的初始值和设置的目标值代入动力学方程以计算x，并且可以将所计算的x作为加速和减速控制信息C2输出。
车道变换路径生成器32可以用算法或硬件来配置，以计算动力学方程的x值。
车道变换路径生成器32可以包括诸如下面的等式1的动力学方程。
[等式1]
x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5
v＝c1+2c2t+3c3t2+4c4t3+5c5t4
a＝2c2+6c3t+12c4t2+20c5t3
在这种情况下，x可以被定义为本车辆的纵向坐标，v可以被定义为本车辆的速度，a可以被定义为本车辆的加速度，并且t可以被定义为时间。
当x应使用动力学方程计算时，首先应计算c0、c1、c2、c3、c4、以及c5的值。
当将t以所设置的初始值(0)代入动力学方程时，车道变换路径生成器32可以使用下面的等式2来计算c0、c1以及c2。
[等式2]
Figure BDA0003136232570000111
车道变换路径生成器32可以将动力学方程转换成诸如下面的等式3的矩阵，以计算其它的c3、c4以及c5。
[等式3]
Figure BDA0003136232570000112
当汇总矩阵以计算c3、c4以及c5时，车道变换路径生成器32可以将上面的等式3表示为下面的等式4。
[等式4]
Figure BDA0003136232570000121
车道变换路径生成器32可以计算c0、c1、c2、c3、c4、以及c5的值，并且可以将计算出的c0、c1、c2、c3、c4、以及c5代入x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5，以计算本车辆H针对预期车道变换时间T_inf(t)的纵向坐标x。
车道变换路径生成器32可以将计算出的纵向坐标x作为加速和减速控制信息C2提供给加速和减速装置50。
接下来，下面将描述车道变换路径生成器32生成横向坐标的操作。
车道变换路径生成器32可以使用最小急转轨迹来设置本车辆H的初始值和目标值，如下面的表2所示。
[表2]
Figure BDA0003136232570000122
在这种情况下，t被定义为时间，x被定义为本车辆的横向坐标，v被定义为本车辆的车速，并且a被定义为本车辆的加速度。d指本车辆关于车道中心的横向偏移值，该偏移值在曲线上获得。wL表示车道宽度(例如，4m)。因为假设本车辆以恒定速度行驶，所以加速度a的初始值和目标值都为“0”。此外，当本车辆向右变换车道时，wL可以具有正值(+wL)。当本车辆向左变换车道时，wL可以具有负值(-wL)。当设置了能够计算本车辆H的横向坐标的初始值和目标值时，车道变换路径生成器32可以将初始值和目标值代入在计算纵向坐标时使用的动力学方程，如下等式5所示。
[等式5]
x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5
v＝c1+2c2t+3c3t2+4c4t3+5c5t4
a＝2c2+6c3t+12c4t2+20c5t3
此外，车道变换路径生成器32可以将初始值代入与计算纵向坐标时相同的动力学方程中，以计算c0、c1、以及c2，并且可以通过矩阵运算来计算c3、c4、以及c5。
随后，车道变换路径生成器32可以将c0、c1、c2、c3、c4、以及c5代入到x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5以计算本车辆H针对预期车道变换时间T_inf(t)的横向坐标x。
车道变换路径生成器32可以将计算出的横向坐标x作为转向控制信息C1提供给图1的转向装置40。
图6是示出当前方车辆T1的车速为60km/h、当本车辆H的车速为100km/h、当跟随车辆T2的车速为130km/h、当前方车辆T1与本车辆H之间的距离为70m、以及当本车辆H与跟随车辆T2之间的距离为80m时，本车辆H的车道变换路径的图。
图1的第一传感器10和第二传感器20可以感测到前方车辆T1的车速为60km/h、本车辆H的车速为100km/h、跟随车辆T2的车速为130km/h、前方车辆T1与本车辆H之间的距离为70m、本车辆H与跟随车辆T2之间的距离为80m，并且可以将感测到的信息作为第一感测信息S1和第二感测信息S2提供给包括在车道变换控制器30中的车道变换时间计算装置31。
车道变换时间计算装置31可以基于第一传感信息S1和第二传感信息S2来确定是否可以进行车道变换，并且可以基于本车辆和周围车辆(例如，前方车辆或跟随车辆)中的每一个的车速以及本车辆和周围车辆之间的车间距离来计算TTC和TIV。在这种情况下，如上所述，在车辆之间的相对速度高时，假设车道变换时间计算装置31确定只有当TTC应该大于或等于2秒时才可以进行车道变换，并且在间隙窄时确定只有当TIV应该大于或等于1秒时才可以进行车道变换。
由于在图6所示的条件下，本车辆与周围车辆之间的相对速度高，并且本车辆与周围车辆之间的车间距离长，所以车道变换时间计算装置31可以基于TTC来确定车道变换可能条件。
因为前方车辆T1与本车辆H之间的
Figure BDA0003136232570000141
为7秒(＝70/(100-90))，并且本车辆H与跟随车辆T2之间的TTC为2.66秒(＝80/(130-100))，所以存在适合于TTC的车道变换可能情况。
随后，车道变换时间计算装置31可以基于TTC计算
Figure BDA0003136232570000142
和
Figure BDA0003136232570000143
并且可以基于TIV计算
Figure BDA0003136232570000144
以及
Figure BDA0003136232570000145
在这种情况下，由于本车辆H的车速高于前方车辆T1的车速，并且跟随车辆T2的车速高于本车辆H的车速，所以车道变换时间计算装置31可以基于TTC来计算
Figure BDA0003136232570000146
和
Figure BDA0003136232570000147
并且可以基于TIV来计算
Figure BDA0003136232570000148
以及
Figure BDA0003136232570000149
在这种情况下，在根据本公开的实施例的车道变换辅助系统中，由于假设预期车道变换时间应该大于或等于最小4.5秒，因此车道变换时间计算装置31可以将所计算的时间当中作为最小时间计算出的时间(
Figure BDA00031362325700001410
和
Figure BDA00031362325700001411
)以及4.5秒当中最大的值，作为预期车道变换时间T_inf的最小时间输出。
此外，在根据本公开的实施例的车道变换辅助系统中，由于假设预期车道变换时间应该小于7.5秒，因此车道变换时间计算装置31可以将作为最大时间计算出的时间(
Figure BDA00031362325700001412
以及
Figure BDA00031362325700001413
)和7.5秒当中最小的值，作为预期车道变换时间T_inf的最大时间输出。
因此，由于未满足计算
Figure BDA00031362325700001414
以及
Figure BDA00031362325700001415
的条件，所以车道变换时间计算装置31可以将4.5秒作为预期车道变换时间T_inf的最小时间提供给向车道变换路径生成器32。
此外，车道变换时间计算装置31可以基于
Figure BDA00031362325700001416
Figure BDA00031362325700001417
以及
Figure BDA00031362325700001418
来计算
Figure BDA00031362325700001419
以及
Figure BDA00031362325700001420
在这种情况下，由于前方车辆T1、本车辆H、以及跟随车辆T2的所有的车速以km/h为单位，由于前方车辆T1与本车辆H之间的距离d1和本车辆H与跟随车辆T2之间的距离d2以m为单位，并且由于
Figure BDA0003136232570000151
以及
Figure BDA0003136232570000152
以秒为单位而不是以小时为单位，所以在计算
Figure BDA0003136232570000153
以及
Figure BDA0003136232570000154
的值时，车道变换时间计算装置31应当以m/s为单位校正和代入前方车辆T1、本车辆H、以及跟随车辆T2的所有的车速。
当车道变换时间计算装置31将前方车辆T1的车速转换成以m/s为单位时，VT1＝25m/s。当车道变换时间计算装置31将本车辆H的车速转换成以m/s为单位时，VH＝27.7778m/s。当车道变换时间计算装置31将跟随车辆T2的车速转换成以m/s为单位时，VT2＝36.1111m/s。
因为
Figure BDA0003136232570000155
并且因为
Figure BDA0003136232570000156
Figure BDA0003136232570000157
因此计算出
Figure BDA0003136232570000158
秒。
因为
Figure BDA0003136232570000159
并且因为
Figure BDA00031362325700001510
Figure BDA00031362325700001511
因此计算出
Figure BDA00031362325700001512
因为
Figure BDA00031362325700001513
并且因为
Figure BDA00031362325700001514
因此计算出
Figure BDA00031362325700001515
因为
Figure BDA00031362325700001516
并且因为
Figure BDA00031362325700001517
因此计算出
Figure BDA00031362325700001518
秒。
车道变换时间计算装置31可以将
Figure BDA00031362325700001519
的值以及7.5秒当中最小的值作为预期车道变换时间T_inf的最大时间输出，从而将5.2667秒作为预期车道变换时间T_inf的最大时间提供给车道变换路径生成器32。
因此，根据本公开的实施例的车道变换辅助系统的车道变换时间计算装置31可以在车道变换时间应该大于或等于最小时间(例如4.5秒)并且应该小于或等于最大时间(例如5.2667秒)时计算预期车道变换时间T_inf，并且可以向车道变换路径生成器32提供预期车道变换时间T_inf。
在这种情况下，车道变换时间计算装置31可以根据本车辆H的车速，将预期车道变换时间T_inf的最小时间与预期车道变换时间T_inf的最大时间之间的一时间作为预期车道变换时间T_inf，提供给车道变换路径生成器32。
例如，当本车辆H的车速越高时，车道变换时间计算装置31可以将越接近预期车道变换时间T_inf的最大时间的时间作为预期车道变换时间T_inf，提供给车道变换路径生成器32。
同时，当本车辆H的车速越低时，车道变换时间计算装置31可以将越接近预期车道变换时间T_inf的最小时间的时间作为预期车道变换时间T_inf，提供给车道变换路径生成器32。
当从车道变换时间计算装置31提供预期车道变换时间T_inf时，车道变换路径生成器32可以使用最小急转轨迹，使用初始值、且使用预期车道变换时间T_inf作为目标值，以通过动力学方程生成车道变换路径。
具体地，假设车道变换时间计算装置31将预期车道变换时间T_inf作为最小时间(例如4.5秒)提供给车道变换路径生成器32。
车道变换路径生成器32可以使用最小急转轨迹来设置初始值和目标值，并且可以将所设置的值代入动力学方程
Figure BDA0003136232570000161
以计算c0、c1、c2、c3、c4、以及c5的值。
在这种情况下，当车道变换路径生成器32使用最小急转轨迹设置初始值和目标值时，当计算本车辆H的纵向位置(坐标)和本车辆H的横向位置(坐标)时，可以不同地设置初始值和目标值，如下面的表3所示。
[表3]
Figure BDA0003136232570000171
随后，车道变换路径生成器32可以将计算出的c0、c1、c2、c3、c4、以及c5的值代入x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5，并且可以将从初始值(t0＝0)到目标值(tf＝预期车道变换时间：4.5秒)之间以预定时间均等划分而获得的时间代入t，从而计算出本车辆H的纵向位置和本车辆H的横向位置，以生成车道变换路径。
例如，车道变换路径生成器32可以以0.1秒的间隔将0秒到4.5秒之间的时间代入x＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5中的t，以生成车道变换路径。
以上述方式，当通过预期车道变换时间T_inf的最小时间(例如4.5秒)生成车道变换路径时，车道变换路径生成器32可以生成车道变换路径，使得图6中的t＝Tmin。
此外，当通过预期车道变换时间T_inf的最大时间(例如，5.2667秒)生成车道变换路径时，车道变换路径生成器32可以生成车道变换路径，使得图6中的t＝Tmax。
根据本公开的实施例的车道变换辅助系统可以基于TTC和TIV识别车道变换可能条件，并且可以计算预期车道变换时间以生成车道变换路径。
此外，车道变换辅助系统可以计算预期车道变换时间的最小时间和最大时间两者，并且可以根据本车辆的车速在计算的最小时间和计算的最大时间之间选择预期车道变换时间。
此外，当生成预期车道变换时间时，车道变换辅助系统可以使用最小急转轨迹设置能够计算本车辆的纵向坐标和横向坐标的初始值和目标值，并且可以将设置的初始值和设置的目标值代入动力学方程以计算连续的车道变换路径。因此，该车道变换辅助系统是适用于高速行驶的车辆的技术。
本技术可以在本车辆进行车道变换时，计算完成车道变换的最小/最大时间，同时避免与在目标车道上行驶的目标车辆发生碰撞，并且可以根据计算的时间生成连续的车道变换路径，使得高速行驶的本车辆可以安全地进行车道变换。
此外，可以提供通过本公开直接或间接确定的各种效果。
在上文中，尽管已经参照示例性实施例和附图描述了本公开，但本公开并不限于此，而是可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变，而不脱离在所附权利要求中要求的本公开的精神和范围。
因此，提供本公开的示例性实施例是为了解释本公开的精神和范围，但不是为了限制它们，使得本公开的精神和范围不受实施例的限制。本公开的范围应当基于所附权利要求来解释，并且在与权利要求相当的范围内的所有技术思想应当包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种车道变换辅助系统，包括：
至少一个传感器，被配置为感测本车辆的车速、所述本车辆周围的周围车辆的车速、以及所述本车辆与所述周围车辆之间的距离，并且将所感测的信息作为感测信息提供；
车道变换控制器，被配置为基于所述感测信息识别车道变换可能条件，计算预期车道变换时间，并且针对所预期车道变换时间生成车道变换路径；
转向装置，被配置为基于所述车道变换路径来控制所述本车辆的横向移动；以及
加速和减速装置，被配置为基于所述车道变换路径来控制所述本车辆的纵向移动。
2.根据权利要求1所述的车道变换辅助系统，其中，所述车道变换控制器：基于所述感测信息计算碰撞时间TTC和车辆间时间TIV，以识别所述车道变换可能条件；基于所述TTC和所述TIV，根据所述感测信息计算所述预期车道变换时间的最小时间和最大时间；根据所述本车辆的车速，选择所述最小时间和所述最大时间之间的一时间作为所述预期车道变换时间；并且基于所选的预期车道变换时间生成所述车道变换路径。
3.根据权利要求2所述的车道变换辅助系统，其中，所述车道变换控制器：当所述本车辆的车速越高时，选择越接近所述最大时间的所述预期车道变换时间；并且当所述本车辆的车速越低时，选择越接近所述最小时间的所述预期车道变换时间。
4.根据权利要求2所述的车道变换辅助系统，其中，所述车道变换控制器基于所选的预期车道变换时间使用最小急转轨迹设置初始值和目标值，并且基于所设置的初始值和所设置的目标值根据动力学方程生成所述车道变换路径。
5.根据权利要求4所述的车道变换辅助系统，其中，所述车道变换路径包括所述本车辆的横向坐标和纵向坐标，并且
其中，所述车道变换控制器在生成所述横向坐标和所述纵向坐标时设置彼此不同的所述初始值和所述目标值。
6.根据权利要求5所述的车道变换辅助系统，其中，当生成所述横向坐标和所述纵向坐标以生成所述车道变换路径时，所述车道变换控制器将包括在所设置的初始值中的初始时间与包括在所设置的目标值中的所选的预期车道变换时间之间以预定时间间隔均等地划分，并且将所划分的时间连续地代入所述动力学方程以生成连续的所述横向坐标和所述纵向坐标。
7.根据权利要求2所述的车道变换辅助系统，其中，所述TTC是直到所述本车辆和所述周围车辆以所述本车辆与所述周围车辆之间的相对速度发生彼此碰撞所花的时间，并且
其中，所述TIV是所述本车辆和所述周围车辆当中的跟随车辆到达前方车辆的当前位置所花的时间。
8.根据权利要求7所述的车道变换辅助系统，其中，所述TTC是基于所述本车辆与所述周围车辆之间的相对速度和所述本车辆与所述周围车辆之间的距离而计算的时间，
其中，所述TIV是基于所述本车辆与所述周围车辆之间的距离和所述本车辆与所述周围车辆当中的跟随车辆的车速而计算的时间，并且
其中，所述车道变换可能条件包括：
当所述TTC和所述TIV中的每一个被计算为比预定时间长的时间时。
9.根据权利要求2所述的车道变换辅助系统，其中，当所述本车辆进行车道变换时，所述周围车辆包括在目标路径上行驶的前方车辆和跟随车辆，并且
其中，所述车道变换控制器包括车道变换时间计算装置和车道变换路径生成器，
其中，所述车道变换时间计算装置根据所述感测信息，基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、所述跟随车辆的车速、所述本车辆与所述前方车辆之间的距离、以及所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离来计算所述预期车道变换时间的所述最小时间和所述最大时间，选择所述最小时间与所述最大时间之间的一时间作为所述预期车道变换时间，并且向所述车道变换路径生成器提供所选的预期车道变换时间，以及
其中，所述车道变换路径生成器使用最小急转轨迹，基于从所述车道变换时间计算装置提供的所述预期车道变换时间来设置初始值和目标值，并且基于所设置的初始值和所设置的目标值根据动力学方程来生成所述车道变换路径。
10.根据权利要求9所述车道变换辅助系统，其中，所述车道变换时间计算装置：基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速及所述本车辆与所述前方车辆之间的距离，根据所述TIV的概念计算
Figure FDA0003136232560000031
并且基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速及所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离，根据所述TIV的概念计算
Figure FDA0003136232560000041
并且选择所述
Figure FDA0003136232560000042
所述
Figure FDA0003136232560000043
以及预定时间当中最大的时间作为所述预期车道变换时间的所述最小时间。
11.根据权利要求10所述的车道变换辅助系统，其中，
Figure FDA0003136232560000044
定义为
Figure FDA0003136232560000045
其中，所述
Figure FDA0003136232560000046
定义为
Figure FDA0003136232560000047
并且
其中，所述本车辆的车速定义为VH，所述前方车辆的车速定义为VT1，所述跟随车辆的车速定义为VT2，所述前方车辆与所述本车辆之间的距离定义为d1，并且所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离定义为d2。
12.根据权利要求9所述的车道变换辅助系统，其中，所述车道变换时间计算装置基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、以及所述前方车辆与所述本车辆之间的距离，根据所述TTC的概念来计算
Figure FDA0003136232560000048
基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速、以及所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离，根据所述TTC的概念来计算
Figure FDA0003136232560000049
基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、以及所述前方车辆与所述本车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA00031362325600000410
并且基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速、以及所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA00031362325600000411
并且选择所述
Figure FDA00031362325600000412
所述
Figure FDA00031362325600000413
所述
Figure FDA00031362325600000414
所述
Figure FDA00031362325600000415
以及预定时间当中最小的时间作为预期车道变换时间的所述最大时间。
13.根据权利要求12所述的车道变换辅助系统，其中，
Figure FDA0003136232560000051
定义为
Figure FDA0003136232560000052
其中，所述
Figure FDA0003136232560000053
定义为
Figure FDA0003136232560000054
其中，所述
Figure FDA0003136232560000055
定义为
Figure FDA0003136232560000056
其中，所述
Figure FDA0003136232560000057
定义为
Figure FDA0003136232560000058
并且
其中，所述本车辆的车速定义为VH，所述前方车辆的车速定义为VT1，所述跟随车辆的车速定义为VT2，所述前方车辆与所述本车辆之间的距离定义为d1，所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离定义为d2。
14.根据权利要求9所述的车道变换辅助系统，其中，当使用所述最小急转轨迹计算所述本车辆的纵向坐标时，所述车道变换路径生成器将所述初始值定义为t0＝0、x0＝s、v0＝VH、以及a0＝0，并且将所述目标值定义为tf＝预期车道变换时间、xf＝s+v0t、vf＝VH、以及af＝0，
其中，所述动力学方程定义为
Figure FDA0003136232560000059
并且
其中，t指时间，t0指车道变换前的当前时间，tf指的是车道变换完成的时间，x指纵向坐标，x0指所述本车辆的当前纵向坐标，xf指车道变换完成时所述本车辆的纵向坐标，v指所述本车辆的车速，v0指所述本车辆的当前车速，vf指车道变换完成时所述本车辆的车速，a指所述本车辆的加速度，a0指所述本车辆的当前加速度，af指车道变换完成时所述本车辆的加速度，以及s指所述本车辆在弯曲车道上的纵向位置，所述纵向位置在曲线上获得。
15.根据权利要求9所述的车道变换辅助系统，其中，当使用所述最小急转轨迹计算所述本车辆的横向坐标时，所述车道变换路径生成器将所述初始值定义为t0＝0、x0＝d、v0＝VH、以及a0＝0，并且将所述目标值定义为tf＝预期车道变换时间、xf＝d±wL、vf＝VH、以及af＝0，
其中，所述动力学方程定义为，
Figure FDA0003136232560000061
并且
其中，t指时间，t0指车道变换前的当前时间，tf指的是车道变换完成的时间，x指横向坐标，x0指所述本车辆的当前横向坐标，xf指车道变换完成时所述本车辆的横向坐标，v指所述本车辆的车速，v0指所述本车辆的当前车速，vf指车道变换完成时所述本车辆的车速，a指所述本车辆的加速度，a0指所述本车辆的当前加速度，af指车道变换完成时所述本车辆的加速度，d指所述本车辆关于车道中心的横向偏移值，所述横向偏移值在曲线上获得，wL指车道宽度，+wL指向右车道变换，-wL指向左车道变换。
16.一种车道变换方法，包括：
感测本车辆的车速、周围车辆的车速、以及所述本车辆与所述周围车辆的距离，以生成感测信息；
基于所述感测信息确定车道变换可能条件；
当满足所述车道变换可能条件时，基于所述感测信息计算预期车道变换时间；并且
基于所述预期车道变换时间生成车道变换路径，
其中，生成所述车道变换路径包括：
使用最小急转轨迹设置初始值和目标值，所述目标值包括所述预期车道变换时间；并且
基于所设置的初始值和所设置的目标值，根据动力学方程生成所述车道变换路径。
17.根据权利要求16所述的车道变换方法，其中，确定所述车道变换可能条件包括：
基于所述感测信息计算碰撞时间TTC和车辆间时间TIV以识别所述车道变换可能条件，
其中，所述TTC是直到所述本车辆和所述周围车辆以所述本车辆与所述周围车辆之间的相对速度发生彼此碰撞所花的时间，并且
其中，所述TIV是所述本车辆和所述周围车辆当中的跟随车辆到达前方车辆的当前位置所花的时间。
18.根据权利要求17所述的车道变换方法，其中，当所述本车辆进行车道变换时，所述周围车辆包括在目标路径上行驶的前方车辆和跟随车辆，
其中，计算所述预期车道变换时间包括：
基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、以及所述本车辆与所述前方车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA0003136232560000071
以及基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速和所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA0003136232560000072
选择所述
Figure FDA0003136232560000081
所述
Figure FDA0003136232560000082
以及预定时间当中最大的时间作为所述预期车道变换时间的最小时间；
基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、以及所述前方车辆与所述本车辆之间的距离，根据所述TTC的概念来计算
Figure FDA0003136232560000083
基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速、以及所述跟随车辆与所述本车辆之间的距离，根据所述TTC的概念来计算
Figure FDA0003136232560000084
基于所述本车辆的车速、所述前方车辆的车速、以及所述本车辆与所述前方车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA0003136232560000085
以及基于所述本车辆的车速、所述跟随车辆的车速、以及所述本车辆与所述跟随车辆之间的距离，根据所述TIV的概念来计算
Figure FDA0003136232560000086
并且
选择所述
Figure FDA0003136232560000087
所述
Figure FDA0003136232560000088
所述
Figure FDA0003136232560000089
所述
Figure FDA00031362325600000810
以及预定时间当中最小的时间作为所述预期车道变换时间的最大时间。
19.根据权利要求16所述的车道变换方法，其中，生成所述车道变换路径包括：
当使用所述最小急转轨迹计算所述本车辆的纵向坐标时，将所述初始值定义为t0＝0、x0＝s、v0＝VH以及a0＝0，并且将所述目标值定义为tf＝预期车道变换时间、xf＝s+v0t、vf＝VH以及af＝0，
其中，所述动力学方程定义为
Figure FDA00031362325600000811
并且
其中，t指时间，t0指车道变换前的当前时间，tf指的是车道变换完成的时间，x指所述纵向坐标，x0指所述本车辆的当前纵向坐标，xf指车道变换完成时所述本车辆的纵向坐标，v指所述本车辆的车速，v0指所述本车辆的当前车速，vf指车道变换完成时所述本车辆的车速，a指所述本车辆的加速度，a0指所述本车辆的当前加速度，af指车道变换完成时所述本车辆的加速度，以及s指所述本车辆在弯曲车道上的纵向位置，所述纵向位置在曲线上获得。
20.根据权利要求16所述的车道变换方法，其中，生成所述车道变换路径包括：
当使用最小急转轨迹计算所述本车辆的横向坐标时，将所述初始值定义为t0＝0、x0＝d、v0＝VH、以及a0＝0并且将所述目标值定义为tf＝预期车道变换时间、xf＝d±wL、vf＝VH、以及af＝0，
其中，所述动力学方程定义为
Figure FDA0003136232560000091
并且
其中，t指时间，t0指车道变换前的当前时间，tf指的是车道变换完成的时间，x指所述横向坐标，x0指所述本车辆的当前横向坐标，xf指车道变换完成时所述本车辆的横向坐标，v指所述本车辆的车速，v0指所述本车辆的当前车速，vf指车道变换完成时所述本车辆的车速，a指所述本车辆的加速度，a0指所述本车辆的当前加速度，af指车道变换完成时所述本车辆的加速度，d指所述本车辆关于车道中心的横向偏移值，所述横向偏移值在曲线上获得，wL指车道宽度，+wL指向右车道变换，并且-wL指向左车道变换。
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