CN114120685B - 一种换道控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于换道控制技术领域，具体涉及一种换道控制方法及装置。首先根据自车所处车道、以及依据自车所处换道工作模式确定的较优车道，并结合较优车道和当前车道上的障碍物信息，确定自车是否产生换道意图；若自车产生换道意图，并不满足安全换道条件时，判断自车通过加速方式进行换道时能否与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离。

Description

一种换道控制方法及装置

技术领域

本发明属于换道控制技术领域，具体涉及一种换道控制方法及装置。

背景技术

自动驾驶车辆是通过车载传感系统感知道路环境后，自动规划行车路线并控制车辆达到预定目的地的智能化车辆。在车辆行驶过程中，车辆的换道行为是一种常见的驾驶行为，需要通过车载装置获得自车信息及外部环境信息，依据交通规则及任务要求，在安全和效率的双重约束下完成换道动作。如若换道不当，轻则造成一定的阻塞，影响道路交通流的稳定性，重则发生交通事故，造成不可预估的损失。因此对换道进行研究十分重要。

申请公布号为CN111016898A的中国发明专利公开了一种智能车轨迹换道规划方法，该方法针对不同的道路形状，根据道路形状、自车运行状态、障碍物信息确定最大侧向加速度和换道时间，将这些信息代入至安全距离模型中，判断是否满足安全换道条件，在满足安全换道的条件下规划出换道轨迹。该方法中安全距离模型是依据前方障碍物信息来构建得到的，但是，除了前方障碍物外，相邻车道后方的障碍物同样会影响车辆的换道。例如，在相邻车道后方车辆速度较快的情况下，即使可与自车前方的障碍物保持安全距离，但可能在换道过程中与相邻车道后方快速行驶过来的车辆发生碰撞，无法保证车辆的安全换道。

发明内容

本发明提供了一种换道控制方法及装置，用以解决现有技术无法实现安全换道的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种换道控制方法，包括如下步骤：

根据自车所处车道、以及依据自车所处换道工作模式确定的较优车道，并结合较优车道和当前车道上的障碍物信息，确定自车是否产生换道意图；所述障碍物信息包括障碍物位置、以及障碍物动/静态情况；

若自车产生换道意图，则判断是否满足安全换道条件；所述安全换道条件为自车通过匀速方式进行换道时与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离；

若无法满足安全换道条件，则根据当前车道的前车的速度、相邻车道的后车的速度、当前车道的前车与自车之间的距离、以及相邻车道的后车与自车之间的距离，确定是否满足加速判断条件或者减速判断条件，以判断自车通过加速方式进行换道时能否与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离，或者判断自车通过减速方式进行换道时能否与相邻车道的后车保持相应的安全距离，若满足加速判断条件或者减速判断条件，按照相应的加速方式或减速方式控制自车换道，否则，控制自车保持当前车道行驶；

其中，当前车道的前车为自车前方的当前车道上距离自车最近的车辆，相邻车道的后车为自车后方的相邻车道上距离自车最近的车辆。

上述技术方案的有益效果为：本发明针对影响自车换道最大的车辆，包括自车前方的当前车道上距离自车最近的车辆和车后方的相邻车道上距离自车最近的车辆，依据这两个车辆的信息，在自车无法满足安全换道条件的情况下，通过加速或减速博弈创造换道条件，使自车能够安全换道，提高车辆换道的成功率，保证自车行驶的安全性和可靠性。

进一步的，为了保证自车以加速方式安全换道，所述加速判断条件为：

且

其中，v_bus为自车当前时刻的速度；s₁为自车与当前车道的前车之间的安全距离；s₂为自车与相邻车道的后车之间的安全距离；a₁为标定的加速度；t₁为标定的加速时间；v_obs1为当前车道的前车的速度；v_obs2为相邻车道的后车的速度；Δd₁为当前车道的前车与自车之间的距离；Δd₂为相邻车道的后车与自车之间的距离。

进一步的，为了保证自车以减速方式安全换道，所述减速判断条件为：

其中，v_bus为自车当前时刻的速度；v_s为减速的最低车速，v_s≥0；t_s为减速时间，

a₂为标定的减速度；t₂为标定的时间；v_obs1为当前车道的前车的速度；v_obs2为相邻车道的后车的速度；Δd₁为当前车道的前车与自车之间的距离；Δd₂为相邻车道的后车与自车之间的距离；0为自车与相邻车道的后车之间的距离。

进一步的，在自车所处换道工作模式为内侧车道优先换道模式或者外侧车道优先换道模式时：若当前车道为较优车道，则在当前车道上有静态障碍物时，确定自车产生换道意图；若相邻车道为较优车道，则在相邻车道上没有障碍物、或者相邻车道上的为动态障碍物且相邻车道的通过概率大于第一概率阈值时，确定自车产生换道意图。根据自车所处的换道工作模式来确定自车的换道意图，以减少不必要的换道。

进一步的，在自车所处换道工作模式为不主动换道模式时：在当前道路有静态障碍物、或者当前车道上的为动态障碍物且相邻车道与当前车道的通过概率的差值大于第二概率阈值时，确定自车产生换道意图。根据自车所处的换道工作模式来确定自车的换道意图，以减少不必要的换道。

进一步的，在自车所处换道工作模式为强制换道工作模式时：若当前车道为较优车道，则在当前车道上有静态障碍物且相邻车道的通过概率大于等于当前车道的通过概率时，确定自车产生换道意图；若相邻车道为较优车道，则在相邻车道为静态障碍物、或者相邻车道没有障碍物时，确定自车产生换道意图。根据自车所处的换道工作模式来确定自车的换道意图，以减少不必要的换道。

本发明还提供了一种换道控制装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的换道控制方法，并达到与该方法相同的效果。

附图说明

图1是本发明的换道控制方法的流程图；

图2是本发明的道路示意图；

图3是本发明的自车与障碍物的关系示意图；

图4是本发明的换道控制装置的结构图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：首先根据自车的换道工作模式，判断自车是否产生换道意图；然后在确定产生换道意图的情况下，判断是否满足安全换道条件，若满足安全换道条件，则执行换道决策，若不满足安全换道条件，判断能否通过加减速博弈创造换道条件，如若可以创造换道条件，则执行换道决策，如若仍旧不能创造换道条件，则选择放弃换道，保持当前车道行驶即可。

下面结合附图及实施例，对本发明的一种换道控制方法和一种换道控制装置进行详细说明。

方法实施例：

本发明的一种换道控制方法实施例，其流程如图1所示，过程如下：

步骤一，根据自车所处的换道工作模式以及自车所处的车道，并结合道路上的障碍物情况，判断自车是否产生换道意图。其中，换道工作模式包括：强制换道模式和自由换道模式，自由换道模式包括内侧车道优先模式、外侧车道优先模式和不主动换道模式，每种换道工作模式均对应有其较优车道。

1、强制换道模式：是为了完成任务而需要在规定位置前换到指定车道的模式，该种模式下的较优车道为任务车道。

若当前车道为任务车道，则获取当前车道的障碍物信息，如果当前车道没有障碍物、当前车道障碍物为动态障碍物、或者相邻车道的通过概率小于当前车道的通过概率，则不产生换道意图；如果当前车道有静态障碍物且相邻车道的通过概率大于等于当前车道的通过概率，则产生换道意图。

此处以及下处出现的通过概率可以采用查表方法获得。设计一概率表，该表的行为自车与前方最近障碍物之间的距离，该通过概率随着距离的增大而增大，该表的列为障碍物与自车的速度差，差值越大概率越大。按该方法设计表格，输入该车道自车前方最近障碍物信息，即可获得该车道通过概率。

若当前车道为非任务车道，相邻车道为任务车道，则获取任务车道的障碍物信息，如果任务车道障碍物有静态障碍物，则不产生换道意图；如果相邻车道有动态障碍物，或者相邻车道没有障碍物，则产生换道意图。

2、自由换道模式：根据不同类型自动驾驶车辆可选择不同换道模式，分为三种模式：内侧车道优先换道模式、外侧车道优先换道模式、以及不主动换道模式。

例如，针对如图2所示的道路，三道和四道为同向行驶的两条车道，内侧车道对应偏左侧的车道，即图2中的三道，外侧车道为最右侧的车道，即图2中的四道，相应的，内侧车道优先换道模式为三道优先模式，外侧车道优先换道模式为四道优先换道模式。而且，当自车为自动驾驶公交车时，有较多的任务，例如站点停靠任务、交规任务等，此时通常需要公交车走四道，以方便停车，在当前往后一段时间内没有任务时，公交车走三道即可。

1)三道优先换道模式：适合行驶速度较快、站点任务少的自动驾驶车辆，该换道模式表示车辆优先走三道，该种模式下的较优车道为三道。

如果当前车道为三道，则获取三道障碍物信息，如果三道没有障碍物、或者三道障碍物为动态障碍物，则不产生换道意图；如果三道有静态障碍物，则产生换道意图。

如果当前车道为四道，则获取三道障碍物信息，如果三道没有障碍物、或者三道障碍物为动态障碍物且三道的通过概率大于第一概率阈值p，则产生换道意图；如果三道有静态障碍物、或者三道障碍物为动态障碍物且三道的通过概率小于等于第一概率阈值p，则不产生换道意图。

2)四道优先换道模式：适合行驶速度慢、站点任务多的自动驾驶车辆，该换道模式表示车辆优先走四道，该种模式下的较优车道为四道。

如果当前车道为四道，则获取四道障碍物信息，如果四道没有障碍物、或者四道障碍物为动态障碍物，则不产生换道意图；如果四道有静态障碍物，则产生换道意图。

如果当前车道为三道，则获取四道障碍物信息，如果四道没有障碍物、或者四道障碍物为动态障碍物且四道的通过概率大于第一概率阈值p，则产生换道意图；如果四道有静态障碍物、或者四道障碍物为动态障碍物且四道的通过概率小于等于第一概率阈值p，则不产生换道意图。

3)不主动换道模式：该模式在同等条件下换道次数最少，尽量走当前车道，该种模式下的较优车道为当前车道。

如果当前车道的通行概率与相邻车道的通行概率相差不大、本车道没有障碍物、本车道障碍物为动态障碍物且相邻车道的通过概率与当前车道的通过概率的差值小于第二概率阈值p1(p1为一标定的概率，0<p1<1)，则不产生换道意图；如果当前车道有静态障碍物、或者当前车道上的为动态障碍物且相邻车道与当前车道的通过概率的差值大于第二概率阈值p1时，则产生换道意图。

步骤二，在产生换道意图的情况下，进一步判断是否满足安全换道条件，也即自车通过匀速方式进行换道时与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离，如果不满足安全换道条件，则判断是否可通过加速或者减速的方式创造条件实现换道，具体可见步骤三；如果满足安全换道条件，则执行换道。

步骤三，根据对自车换道影响较大的自车前方的当前车道上距离自车最近的障碍物车辆Obs_1和自车后方的相邻车道(目标车道)上距离自车最近的障碍物车辆Obs_2的信息，判断自车能否通过加速或者减速的方式创造条件实现换道。其中，自车A、障碍物车辆Obs_1、以及障碍物车辆Obs_2的关系如图3所示。

1、判断能否通过加速的方式创造条件实现换道，即是否满足加速判断条件：自车以标定的加速度a₁行驶，在标定的加速时间t₁到达时，能否实现自车A位于障碍物车辆Obs_2和障碍物车辆Obs_1之间，且自车A与障碍物车辆Obs_1之间的距离大于第一安全距离s₁，自车A与障碍物车辆Obs_2之间的距离大于第二安全距离s₂，对应公式为：

且

其中，v_bus为当前时刻自车的速度；a₁为标定的加速度，为一个较为舒适的加速度值；v_obs1、v_obs2分别为障碍物车辆Obs_1、障碍物车辆Obs_2的历史平均速度，通过车联网获得历史时刻障碍物的速度v＝{v₀,v₁,v₂,…,v_n-1}，障碍物历史平均速度

t₁为标定的加速时间；Δd₁为当前时刻自车与障碍物车辆Obs_1之间的距离；Δd₂为当前时刻自车与障碍物车辆Obs_2之间的距离。

2、判断能否通过减速的方式创造条件实现换道，，即是否满足减速判断条件：自车以标定的减速度a₂，在标定的时间t₂到达时(包括减速时间t_s和匀速行驶时间t₂-t_s)，能否实现障碍物车辆Obs_1超过自车，即：

其中，v_s为减速的最低车速，v_s≥0；t_s为减速时间，

如果通过加速以及减速的方式均无法实现换道，则保持当前状态暂不进行换道；如果满足加速判断条件或减速判断条件，则按照相应的加速方式或减速方式控制自车换道。

整体来看，本发明可以满足不同环境模式下的换道控制，一方面可以减少非必要换道动作，另一方面可以提高换道成功率，提高自动驾驶车辆整体通行效率。

装置实施例：

该实施例提供了一种换道控制装置，如图4所示，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信。

处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。

存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。

处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以实现一种换道控制方法。在方法实施例中对该方法做了详细介绍。

Claims (4)

1.一种换道控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据自车所处车道、以及依据自车所处换道工作模式确定的较优车道，并结合较优车道和当前车道上的障碍物信息，确定自车是否产生换道意图：

在自车所处换道工作模式为内侧车道优先换道模式或者外侧车道优先换道模式时：若当前车道为较优车道，则在当前车道上有静态障碍物时，确定自车产生换道意图；若相邻车道为较优车道，则在相邻车道上没有障碍物、或者相邻车道上的为动态障碍物且相邻车道的通过概率大于第一概率阈值时，确定自车产生换道意图；

在自车所处换道工作模式为不主动换道模式时：在当前道路有静态障碍物、或者当前车道上的为动态障碍物且相邻车道与当前车道的通过概率的差值大于第二概率阈值时，确定自车产生换道意图；

在自车所处换道工作模式为强制换道工作模式时：若当前车道为较优车道，则在当前车道上有静态障碍物且相邻车道的通过概率大于等于当前车道的通过概率时，确定自车产生换道意图；若相邻车道为较优车道，则在相邻车道有动态障碍物、或者相邻车道没有障碍物时，确定自车产生换道意图；

所述通过概率采用查概率表获得，所述概率表的行为自车与前方最近障碍物之间的距离，列为障碍物与自车的速度差；所述障碍物信息包括障碍物位置、以及障碍物动/静态情况；

若自车产生换道意图，则判断自车是否满足安全换道条件；所述安全换道条件为自车通过匀速方式进行换道时与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离；

若自车无法满足安全换道条件，则根据当前车道的前车的速度、相邻车道的后车的速度、当前车道的前车与自车之间的距离、以及相邻车道的后车与自车之间的距离，确定是否满足加速判断条件或者减速判断条件，以判断自车通过加速方式进行换道时能否与当前车道的前车、相邻车道的后车均保持对应的安全距离，或者判断自车通过减速方式进行换道时能否与相邻车道的后车保持相应的安全距离，若满足加速判断条件或者减速判断条件，按照相应的加速方式或减速方式控制自车换道，否则，控制自车保持当前车道行驶；

其中，当前车道的前车为自车前方的当前车道上距离自车最近的车辆，相邻车道的后车为自车后方的相邻车道上距离自车最近的车辆。

2.根据权利要求1所述的换道控制方法，其特征在于，所述加速判断条件为：

且

其中，v_bus为当前时刻自车的速度；s₁为自车与当前车道的前车之间的安全距离；s₂为自车与相邻车道的后车之间的安全距离；a₁为标定的加速度；t₁为标定的加速时间；v_obs1为当前车道的前车的速度；v_obs2为相邻车道的后车的速度；△d₁为当前时刻当前车道的前车与自车之间的距离；△d₂为当前时刻相邻车道的后车与自车之间的距离。

3.根据权利要求1所述的换道控制方法，其特征在于，所述减速判断条件为：

其中，v_bus为自车当前时刻的速度；v_s为减速的最低车速，v_s≥0；t_s为减速时间，

a₂为标定的减速度；t₂为标定的时间；v_obs1为当前车道的前车的速度；v_obs2为相邻车道的后车的速度；△d₁为当前车道的前车与自车之间的距离；△d₂为相邻车道的后车与自车之间的距离。

4.一种换道控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如权利要求1～3任一项所述的换道控制方法。

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