CN114613177A - 一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，包括以下信息判断：对是否驶入交通灯路段进行判断；对本车驶入停车线前的状态进行判断；对目标车辆与本车的纵向距离进行判断；对目标车辆与本车的相对速度进行判断；对斑马线行人是否处于本车左右前方区域内进行判断；对当前交通灯状态进行判断；对通过交通灯路口条件进行判断；对紧急制停条件进行判断。综合以上的判断结果，对当前时刻通过交通灯路口的速度及加速度进行规划及状态决策，若决策条件满足，则进行相应速度及加速度的规划，并输出相应参数给车辆。本方法可以在确保安全的前提下，快速通过交通灯路口，提高了路口的通行效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶车辆通过路口技术改进，具体涉及一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，属于自动驾驶技术领域。
背景技术
随着自动驾驶技术的不断发展，自动驾驶技术在越来越多的场景中得以使用。自动驾驶作为极简人类出行方式，为人类驾驶机动车辆提供便利的技术手段，其驾驶方式自然而然地应当符合现有交通规则。在面对通过有交通灯路口时，由于受到交通灯时间规划、车辆行驶状态以及行驶道路路况、行人经过等综合因素的限制，现有的根据路况和车辆行驶速度规划无法考虑到交通灯时间因素，或者处理场景过于局限，因此处理效果并不理想。在现有技术中也有提到，设置隔离桩能够方便车辆通过红绿灯路口，但是无法适用于没有设置隔离柱的路口通过。在申请号为202110581812.X、发明名称为“一种用于自动驾驶场景下的红绿灯检测与识别方法”的中国发明专利中，对于场景的识别和红绿灯信息的处理进行了设计，但是没有对自动驾驶车辆通过路口速度规划进行设计。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，本方法可以在确保安全的前提下，快速通过交通灯路口，提高了路口的通行效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，步骤如下，
1）判断车辆是否驶入交通灯路段；如是，则进入步骤2）；否则重复步骤1）；
2）对本车驶入交通灯路口停车线前的状态进行判断；前方车辆是否处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，如果是，则对当前车辆进行速度、加速度规划，并输出给车辆；若前方车辆不处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，此时车辆以预设速度V1匀速到达斑马停车线前；然后将Near_to_Crossing置1，进入步骤3）；
3）对斑马线行人是否处于本车左右前方区域内进行判断；
在到达斑马线前方停车线时，对斑马线前方和两侧行人进行检测，如果检测到行人处于设定的危险区域内，或者在设定时间内有进入该危险区域的趋势，则Ped_Detect值为1,待到行人脱离该危险区域或未有行人有进入危险区域趋势后，将Ped_Detect值设为0且将Non_Ped_Check置1；
4）对交通灯状态进行判断；若当前时刻交通灯为绿灯，则TraSigal值为1，否则为0；当TraSigal为0时停车等待，直到交通灯转变为绿灯时将TraSigal置为1；
5）准备通过交通灯路口时的条件判断；如果同时满足TraSigal为1、Ped_Detect为0且Non_Ped_Check为1、Near_to_Crossing为1三个条件，则确认准备通过交通灯路口，然后进行步骤6）；
6）对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度进行规划；
7）车辆按步骤6）规划的速度、加速度通过交通灯路口。
具体地，步骤2）中，对当前车辆速度、加速度按如下方法分情况进行规划：
(1)当前车速度大于本车当前行驶速度，并且持续若干个行车检测周期；
此时速度、加速度规划为：
第一阶段：按预设加速度a1将本车车速提至预设速度V2后，按预设速度V2匀速行驶；
第二阶段：当两车相对距离减小至预设安全距离S1时，按预设加速度a2将本车车速降低，且在此期间本车车速不得低于前车，最终经过若干个行车检测周期，当本车和前车达到预设安全距离S2后保持该预设安全距离S2行驶；
(2)当前车速度小于本车当前行驶速度，此时速度、加速度规划为：
第一阶段：保持当前速度，若相对距离在若干个行车检测周期内仍然大于预设安全距离S1，此时按预设加速度a3将本车车速提至预设速度V2后，按预设速度V2匀速行驶；
第二阶段：经过若干个行车检测周期，当两车达到预设安全距离S2时，本车与前车的速度保持一致，即两车速度差为零。
具体地，步骤6）中，对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度按以下方法分情况进行规划，
(1)前方无车，前方无车又分为以下两种情况：
1a.本车无初始速度驶入路口，即本车停在斑马线前等待交通灯，此时按预设加速度a4将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口； 1b.本车有初始速度驶入路口，即不需要停车等待交通灯，此时加速度按如下公式确定：加速度=（预设速度V2-当前速度）/（预设速度V2/预设加速度a4），此时按计算出的加速度将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口；
(2)前方有车，前方有车又分为以下两种情况：
2a.在通过路口时检测到前方有车辆，并且本车与前车在同一交通灯段内通过路口；若前车速度小于等于预设速度V2，则先使本车与前车保持预设安全距离S3后，再与前车相对速度保持一致通过路口；若前车速度大于预设速度V2，则先使本车与前车保持预设安全距离S3后，本车再保持预设速度V2匀速通过路口；
2b.在通过路口时检测到前方有车辆，但前车在驶入交通灯路口后交通灯状态发生了改变，或有行人闯入，本车不具备通过路口的条件；此时停车等待，当本车再次具备通过路口的条件时，即Ready_to_Pass值为1时，重复判断1a中无初速度驶入路口过程。
优选地，预设速度V1＜预设速度V2；
预设加速度a3＜预设加速度a1＜预设加速度a4；
预设安全距离S2＜预设安全距离S3＜预设安全距离S1。
进一步地，预设速度V1为35km/h；预设速度V2为40km/h；
预设加速度a1为10m/s^2；预设加速度a2为-5m/s^2；预设加速度a3为2m/s^2；预设加速度a4为20m/s^2；
预设安全距离S1为10米；预设安全距离S2为2米；预设安全距离S3为5m。
具体地，步骤1）中，通过传感器检测道路前方是否有交通灯或车辆系统地图提示前方交通灯路段，以判断车辆是否驶入交通灯路段。
步骤7）中，当车辆按规划速度、加速度通过交通灯路口过程中，如出现以下任一情况，则紧急制停：
7.1）通过斑马线后在过路口阶段行人出现在设置的危险区域内；
7.2）左右方车辆违规通过路口，出现在本车未来通过路径内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
当车辆处于自动驾驶或辅助驾驶状态通过交通灯路口时，本发明通过设计的方法能够合理规划车辆行驶状态和速度及加速度，在保障行车和驾乘人员安全的前提下，能够快速通过交通灯路口，提高了路口的通行效率。
本发明适用于各种路口场景，能够安全顺利地通过交通灯路口，提高车辆的安全性。
附图说明
图1为本发明通过有交通灯路口速度加速度规划方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
本发明所述的自动驾驶在通过有交通灯路口的速度加速度规划方法，其步骤如下：
一、输入信号及参数
本发明主要根据传感器检测在通过交通灯路口前的前车状况，以及通过交通灯路口时的行人状况，准备通过交通灯路口时的交通灯状态，根据行车之间的速差和相对距离进行速度和加速度规划，保障通过交通灯路口行车驾驶安全，具体信号及参数如下：
1）HstVhcSpd：本车车速；
2）FrontVhcSpd：前车车速；
3）Near_to_Crossing：靠近路口；
4）Ped_Detect：行人检测；
5）Non_Ped_Check：无行人确认；
6）RelateSpd：两车相对速度；
7）RelateDistance：两车相对距离；
8）VhcNumDec:行车检测周期；
9）TraSigal:交通灯标志位；
10）Ready_to_pass:准备通过路口标志位；
11）Req_Pass_Crossing交通灯路段；
12）HstVhcAccel:本车加速度。
二、判定条件
本发明为一种自动驾驶车辆在通过有交通灯路口的速度及加速度规划，包括以下信息判断：
对是否驶入交通灯路段进行判断；
对本车驶入停车线前的状态进行判断；
对目标车辆与本车的纵向距离进行判断；
对目标车辆与本车的相对速度进行判断；
对斑马线行人是否处于本车左右前方区域内进行判断；
对当前交通灯状态进行判断；
对通过交通灯路口条件进行判断；
对紧急制停条件进行判断；
综合以上的判断结果，对当前时刻通过交通灯路口的速度及加速度（包括进入交通灯路口前的速度及加速度）进行规划及状态决策，若决策条件满足，则进行相应速度及加速度的规划，并输出相应参数给车辆；若决策条件不满足，则等待决策条件满足后，重复上述步骤。
本发明具体规划及流程见图1。
1）对是否驶入交通灯路段进行判断，具体表现为：
通过传感器检测前方是否有交通灯或车辆系统地图提示前方是否为交通灯路段，如是，则此时Req_Pass_Crossing值为1，否则为0；
2）对本车驶入停车线前的状态进行判断，具体表现为：
前方车辆是否处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，如果是，则对当前车辆进行速度、加速度规划，并输出给车辆，具体为：
(1)前车速度大于本车当前行驶速度，并且持续若干个行车检测周期；
即，FrontVhcSpd>HstVhcSpd&LastTime>N1*VhcNumDec；
此时速度、加速度规划为：
阶段一：本车按预设加速度a1将本车车速提至预设速度V2后，然后按预设速度V2匀速行驶；实施例中加速度a1为10m/s^2，同时预设速度V2为40km/h，达到限值后匀速行驶；
阶段二：当RelateDistance不断减小且在预设安全距离S1（实施例为10米以下）时，按预设加速度a2将本车车速降低，实施例中预设加速度a2为-5m/s^2，且在此期间本车车速不得低于前车，最终经过若干个行车检测周期，车辆与前车保持预设安全距离S2（实施例中预设安全距离S2为2米）行驶。
(2)前车速度小于本车当前行驶速度，
阶段一：保持当前速度，若相对距离在若干个行车检测周期内仍然大于预设安全距离S1（实施例设置为10米），即RelateDistance>10&LastTime>N2*VhcNumDec；此时按预设加速度a3将本车车速提至预设速度V2后，按预设速度V2匀速行驶；实施例中预设加速度a3为2m/s^2，预设速度V2为40km/h，达到限值后匀速行驶；
阶段二：经过若干个行车检测周期，车辆与前车保持预设安全距离S2（实施例设置为2米）。此时本车与前车的速度保持一致，即速度差为零。
若前方车辆不处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，此时车辆以预设速度V1（实施例中为35km/h）的速度匀速到达斑马停车线前。
上述情况结束后，将Near_to_Crossing置1，进行下一项判定。
3）对斑马线行人是否处于本车左右前方区域内进行判断；
在到达斑马线前方停车线时，对斑马线前方和两侧行人进行检测，如果行人处于检测危险范围内，或者在短时间内有进入该范围的趋势，Ped_Detect值为1,待到行人脱离该区域或未有行人有进入危险区域趋势后，Ped_Detect值为0且将Non_Ped_Check置1。
4）对交通灯状态进行判断；
若当前时刻交通灯为绿灯，则TraSigal值为1，否则为0。当TraSigal为0时需停车等待，直到交通灯转变为绿灯时将TraSigal置为1。
5）准备通过交通灯路口时的条件判断；
满足以下全部条件时，将Ready_to_Pass置1，然后进入步骤6）对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度进行规划。
(1) Near_to_Crossing为1；
(2)Ped_Detect为0&Non_Ped_Check为1；
(3)TraSigal为1；
以上条件必须全部满足，不满足时需不满足条件状态改变后才能进行准备通过交通灯路口，将Ready_to_Pass置1。
6）对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度进行规划；
在通过交通灯路口时，进行以下规划。主要分为两种情况，分别为前方无车和前方有车，具体为：
(1)前方无车，前方无车又分为以下两种情况：
a.本车无初始速度驶入路口，即需要等待交通灯状态，此时按预设加速度a4将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口；实施例中预设加速度a4为20m/s^2，预设速度V2为40km/h。 b.本车有初始速度驶入路口，即不需要等待交通灯状态，加速度按如下公式确定：加速度=（预设速度V2-当前速度）/（预设速度V2/预设加速度a4），此时按计算出的加速度将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口；本发明实施例中预设速度V2为40km/h，预设加速度a4为20m/s^2，故公式简化为
HstVhcAccel=(40-HstVhcSpd)/2；即将车辆在两秒内达到限速，快速通过路口。
(2)前方有车，前方有车又分为以下两种情况：
a.在通过路口时检测到前方车辆，并且本车Ready_to_Pass值为1，即本车与前车在同一交通灯段内通过路口。此时与前车保持预设安全距离S3（如5m），相对速度保持一致，并且不能超过预设速度V2（40km/h），若前车速度过快，则保持40km/h匀速通过路口。
b.在通过路口时检测到前方车辆，但本车Ready_to_Pass值为0，即前车在驶入交通灯路口后交通灯状态发生了改变，或有行人闯入。本车不具备通过路口的条件；此时停车等待，当本车再次具备通过路口的条件时，即等待本车Ready_to_Pass值为1时，重复判断6（1）中无初速度驶入路口过程。 7）行驶过程中违规条件判断； 为保障行车过程安全以及违规场景的安全处理，紧急制停条件如下：
(1)通过斑马线后在过路口阶段行人出现在危险区域内，紧急制停；
(2)左右方车辆违规通过路口，出现在本车未来通过路径内，紧急制停。
在上面的步骤判定了通过交通灯路口的条件后，通过加速度规划进行目标加速度输出到车辆执行相应速度控制，能够合理规划车辆在前方无车和有车时两种情况的通行状态，保证在不对前方车辆产生安全威胁的同时迅速地通过路口，保证自动驾驶系统可靠性和安全性。
最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：步骤如下，
1）判断车辆是否驶入交通灯路段；如是，则进入步骤2）；否则重复步骤1）；
2）对本车驶入交通灯路口停车线前的状态进行判断；前方车辆是否处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，如果是，则对当前车辆进行速度、加速度规划，并输出给车辆；若前方车辆不处于阻碍本车行驶的路径上和距离内，此时车辆以预设速度V1匀速到达斑马停车线前；然后将Near_to_Crossing置1，进入步骤3）；
3）对斑马线行人是否处于本车左右前方区域内进行判断；
在到达斑马线前方停车线时，对斑马线前方和两侧行人进行检测，如果检测到行人处于设定的危险区域内，或者在设定时间内有进入该危险区域的趋势，则Ped_Detect值为1,待到行人脱离该危险区域或未有行人有进入危险区域趋势后，将Ped_Detect值设为0且将Non_Ped_Check置1；
4）对交通灯状态进行判断；若当前时刻交通灯为绿灯，则TraSigal值为1，否则为0；当TraSigal为0时停车等待，直到交通灯转变为绿灯时将TraSigal置为1；
5）准备通过交通灯路口时的条件判断；如果同时满足TraSigal为1、Ped_Detect为0且Non_Ped_Check为1、Near_to_Crossing为1三个条件，则确认准备通过交通灯路口，然后进行步骤6）；
6）对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度进行规划；
7）车辆按步骤6）规划的速度、加速度通过交通灯路口。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：步骤2）中，对当前车辆速度、加速度按如下方法分情况进行规划：
(1)当前车速度大于本车当前行驶速度，并且持续若干个行车检测周期；
此时速度、加速度规划为：
第一阶段：按预设加速度a1将本车车速提至预设速度V2后，按预设速度V2匀速行驶；
第二阶段：当两车相对距离减小至预设安全距离S1时，按预设加速度a2将本车车速降低，且在此期间本车车速不得低于前车，当本车和前车达到预设安全距离S2后保持该预设安全距离S2行驶；
(2)当前车速度小于本车当前行驶速度，此时速度、加速度规划为：
第一阶段：保持当前速度，若相对距离在若干个行车检测周期内仍然大于预设安全距离S1，此时按预设加速度a3将本车车速提至预设速度V2后，按预设速度V2匀速行驶；
第二阶段：经过若干个行车检测周期，当两车达到预设安全距离S2时，本车与前车的速度保持一致，即两车速度差为零。
3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：步骤6）中，对车辆拟通过交通灯路口的速度、加速度按以下方法分情况进行规划，
(1)前方无车，前方无车又分为以下两种情况：
1a.本车无初始速度驶入路口，即本车停在斑马线前等待交通灯，此时按预设加速度a4将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口； 1b.本车有初始速度驶入路口，即不需要停车等待交通灯，此时加速度按如下公式确定：加速度=（预设速度V2-当前速度）/（预设速度V2/预设加速度a4），此时按计算出的加速度将车辆速度提升到预设速度V2后匀速通过路口；
(2)前方有车，前方有车又分为以下两种情况：
2a.在通过路口时检测到前方有车辆，并且本车与前车在同一交通灯段内通过路口；若前车速度小于等于预设速度V2，则先使本车与前车保持预设安全距离S3后，再与前车相对速度保持一致通过路口；若前车速度大于预设速度V2，则先使本车与前车保持预设安全距离S3后，本车再保持预设速度V2匀速通过路口；
2b.在通过路口时检测到前方有车辆，但前车在驶入交通灯路口后交通灯状态发生了改变，或有行人闯入，本车不具备通过路口的条件；此时停车等待，当本车再次具备通过路口的条件时，重复判断1a中无初速度驶入路口过程。
4.根据权利要求3所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：预设速度V1＜预设速度V2；
预设加速度a3＜预设加速度a1＜预设加速度a4；
预设安全距离S2＜预设安全距离S3＜预设安全距离S1。
5.根据权利要求3所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：预设速度V1为35km/h；预设速度V2为40km/h；
预设加速度a1为10m/s^2；预设加速度a2为-5m/s^2；预设加速度a3为2m/s^2；预设加速度a4为20m/s^2；
预设安全距离S1为10米；预设安全距离S2为2米；预设安全距离S3为5m。
6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：步骤1）中，通过传感器检测道路前方是否有交通灯或车辆系统地图提示前方交通灯路段，以判断车辆是否驶入交通灯路段。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆通过交通灯路口速度及加速度规划方法，其特征在于：步骤7）中，当车辆按规划速度、加速度通过交通灯路口过程中，如出现以下任一情况，则紧急制停：
7.1）通过斑马线后在过路口阶段行人出现在设置的危险区域内；
7.2）左右方车辆违规通过路口，出现在本车未来通过路径内。
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