CN117104229A - 基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质。该方法包括：接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。本申请的方法，能够准确地完成车辆换道，提高了车辆换道的安全性。

Description

基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质

技术领域

本申请涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，车辆变得越来越普及。统计数据表明，每年由于不正确的车道变换驾驶行为导致了大量的交通事故。

在传统的驾驶过程中，换道任务完全依赖于驾驶员的决策和执行。具体的，在换道过程中，驾驶员首先会通过左、右后视镜和车内后视镜等获取周围车辆信息，并自行判断当前驾驶环境是否能够换道。当判断可以进行换道后，驾驶员会凭经验选择车速完成换道任务。然而，在换道过程中，受驾驶员可能视线受限或者疲劳等因素的影响，人为换道易导致换道不准确，降低了换道的安全性和舒适性，增加了发生交通事故的风险。

因此，需要一种能够准确地完成车辆安全换道的车辆换道辅助方案。

发明内容

本申请提供一种基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质，用以解决现有的车辆换道方法不准确，导致车辆换道的安全性低的技术问题。

第一方面，本申请提供一种基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法，包括：

接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；

根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；

根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；

根据所述虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

在一种可能的实施方式中，所述根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线，具体包括：

利用图像处理算法，提取所述前方道路图像中的道路边界线；

确定本车的当前位置，并根据本车的当前位置以及所述道路边界线，确定本车当前所处的车道；

根据所述换道指令中的转向，以及本车当前所处的车道，确定目标车道，所述目标车道为本车当前所处的车道的相邻车道；

根据所述道路边界线确定所述目标车道对应的车道线；

根据所述目标车道对应的车道线，确定目标车道的车道中心线；

确定所述目标车道的车道中心线在本车坐标系下的车道中心线方程：

y＝C₀+C₁x+C₂x²+C₃x³

其中，所述y表示车道中心线的纵坐标，所述x表示车道中心线的横坐标，所述C₀、C₁、C₂和C₃表示车道线系数，所述本车坐标系的x轴正向为车头朝向，所述本车坐标系的y轴正向为车身左侧朝向。

在一种可能的实施方式中，所述根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者，具体包括：

根据所述目标车道的车道中心线，确定车道中心线曲率；

确定本车的当前位置与所述车道中心线之间的横向目标距离；

根据所述车道中心线曲率以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度；

根据所述车道中心线曲率、所述横向目标距离以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置。

在一种可能的实施方式中，所述车辆状态信息包括如下的一种或多种：

本车位置、本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度。

在一种可能的实施方式中，所述根据所述车道中心线曲率以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度，具体包括：

利用下列公式，计算得到虚拟领航者的速度：

其中，所述v_tar表示拟领航者的速度，所述v表示本车速度，所述a_x表示本车的纵向加速度，所述a_y表示本车的横向加速度，所述ρ_road表示车道中心线曲率，所述k_ρ、k_a表示标定参数。

在一种可能的实施方式中，所述根据所述车道中心线曲率、所述横向目标距离以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置，具体包括：

确定所述目标车道的车道中心线与所述目标车道任一车道线之间的第一距离；

判断所述横向目标距离是否小于第一距离；

若否，则利用下列公式计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate

l＝l₀+k_lvv+k_lρρ_road+k_lyyawrate

若是，则利用下列公式计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate

l＝C₀+C₁s+C₂s²+C₃s³

其中，所述k_sv、k_sρ、k_sy、k_lv、k_lρ、k_ly表示标定参数，所述s表示虚拟领航者距离本车的纵向距离，所述s₀表示虚拟领航者距离本车的纵向预设距离，所述l表示虚拟领航者距离本车的横向距离，所述l₀表示虚拟领航者距离本车的横向预设距离，所述ρ_road表示车道中心线曲率，所述yawrate表示横摆角速度。

在一种可能的实施方式中，在所述获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息之前，还包括：

利用车载摄像装置和车载雷达，确定本车周围车辆的位置和速度；

将所述周围车辆的位置和速度输出给用户；

若再次接收到用户输入的换道指令，则执行所述获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息的步骤。

第二方面，本申请提供一种换道辅助系统，包括：

接收模块，用于接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；

执行模块，用于根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据所述虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

第三方面，本申请提供另一种换道辅助系统，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现上述的方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现上述的方法。

第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

本申请提供的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质，可以接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前车道换道至目标车道。本申请的方法，在接收到用户输入的换道指令指令之后，换道辅助系统即可获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息，并根据前方道路图像以及本车的车辆状态信息生成虚拟领航者，从而根据虚拟领航者控制本车从当前车道换道至目标车道，以完成换道任务。通过这样的设置，可以利用虚拟领航者控制本车完成车辆换道，避免人为换道导致的换道不准确，提高了换道的安全性和舒适性，降低了发生交通事故的风险。进一步的，根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线生成虚拟领航者，提高了虚拟领航者的准确性，进一步提高了换道的准确性和安全性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请一实施例的系统架构图；

图2为本申请一实施例的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法的流程图；

图3为本申请另一实施例的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法的流程图；

图4为本申请一实施例的换道过程示意图；

图5为本申请一实施例的换道辅助系统的结构示意图；

图6为本申请另一实施例的换道辅助系统的结构示意图。

附图标记：1、车辆；11、换道辅助系统；12、车载摄像装置；13、车载雷达；14、传感器。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是，本申请的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质可用于自动驾驶技术领域，也可用于除自动驾驶技术领域以外的任意领域，例如虚拟领航领域等。本申请的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法、系统及介质的应用领域不作限定。

首先对本申请所涉及的名词进行解释：

虚拟领航者，指的是利用虚拟领航跟随算法计算得到的期望位置，可以选取假定的虚拟领航者(期望的轨迹)作为跟随者(车辆)的参考，虚拟领航者与跟随者保持相应的距离和角度，通过输入给控制器设计的控制算法引导跟随者跟踪上虚拟领航者的轨迹及状态。当跟随者到达虚拟领航者的位置时，意味着车辆处在期望的位置和运动状态。

在传统的驾驶过程中，换道任务完全依赖于驾驶员的决策和执行。具体的，在换道过程中，驾驶员首先会通过左、右后视镜和车内后视镜等获取周围车辆信息，并自行判断当前驾驶环境是否能够换道。当判断可以进行换道后，驾驶员会凭经验选择车速完成换道任务。然而，在换道过程中，受驾驶员可能视线受限或者疲劳等因素的影响，人为换道易导致换道不准确，降低了换道的安全性和舒适性，增加了发生交通事故的风险。

据统计，车辆换道引发的交通事故在总交通事故中占比约4％-10％，其中，人为原因造成的换道事故占换道事故总数的75％，此外，由换道导致的交通延误时间占交通事故总延误时间的10％。

现有技术中的换道辅助方案并不能满足用户有关换道安全性的需求，例如：

中国专利CN211032357U公开了一种车辆换道危险预警功能，该发明虽然能够预警驾驶员换道的危险等级，但是却无法纠正驾驶员不准确甚至是错误的操作，因此导致其在实际使用中安全性较低。

中国专利CN210133060U提供了一种车辆安全换道时间的预测和提示技术，虽然该技术可以预测车辆安全换道时间，但却存在一个重要的缺陷，即无法帮助驾驶员参与到实际的换道驾驶中。

中国专利201220152857.1公开了一种基于单片机的车辆换道辅助装置，旨在避免高速车辆在换道过程中，由于驾驶员对目标车道区域信息获取不足而引发的交通事故。然而，该装置只提供简单的提醒功能，并使用车座靠背振动器进行报警，可能给驾驶员带来不必要的恐慌，反而容易造成行车安全隐患。

基于该技术问题，本申请的发明构思在于：如何提供一种能够准确地完成车辆安全换道的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法。

具体为，可以接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。本申请的方法，在接收到用户输入的换道指令指令之后，换道辅助系统即可获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息，并根据前方道路图像以及本车的车辆状态信息生成虚拟领航者，从而根据虚拟领航者控制本车从当前所处的车道换道至目标车道，以完成换道任务。通过这样的设置，可以利用虚拟领航者控制本车完成车辆换道，避免人为换道导致的换道不准确，提高了换道的安全性和舒适性，降低了发生交通事故的风险。进一步的，根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线生成虚拟领航者，提高了虚拟领航者的准确性，进一步提高了换道的准确性和安全性。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图1为本申请一实施例的系统架构图，如图1所示，1表示车辆，11表示换道辅助系统，12表示车载摄像装置，13表示车载雷达，14表示传感器。在换道过程中，用户首先会观察周围道路环境，判断此时车辆1具备换道条件之后，通过向相应换道方向拨转向杆向换道辅助系统11输入换道指令。换道辅助系统11在接收用户输入的换道指令之后，利用车载摄像装置12和车载雷达13，确定本车周围车辆的位置和速度，将周围车辆的位置和速度输出给用户。用户再次判断此时车辆1具备换道条件，可以进行换道，再次通过向相应换道方向拨转向杆向换道辅助系统11输入换道指令。换道辅助系统11在再次接收用户输入的换道指令之后，利用车载摄像装置12和传感器14获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息。换道辅助系统11根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线，根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者，并根据虚拟领航者的速度和位置控制车辆1驾驶，以将车辆1从当前所处的车道换道至目标车道。

实施例一

图2为本申请一实施例的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法的流程图，本实施例以执行主体为换道辅助系统对该基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法进行说明。如图2所示，该基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法可以包括以下步骤：

S101：接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息。

在本实施例中，用户可以通过观察周围道路环境，判断此时车辆是否具备换道条件，进而决定是否进行换道操作(即是否输入换道指令)。

在本实施例中，用户输入的换道指令可以是用户向相应换道方向拨转向杆，例如，若在车辆驾驶过程中，换道辅助系统识别到用户向左或者向右拨转向杆，即可认为用户输入了换道指令。用户是否向相应换道方向拨转向杆，可以利用车辆转向系统来识别，具体过程请参照现有技术，在此不做赘述。

需要说明的是，本申请涉及的换道均为相邻车道的变换。

在一个可能的实施方式中，在上述步骤S101中的获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息之前，还可以包括：利用车载摄像装置和车载雷达，确定本车周围车辆的位置和速度；将周围车辆的位置和速度输出给用户；若再次接收到用户输入的换道指令，则执行获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息的步骤。

在本实施方式中，可以利用车载摄像装置和车载雷达来感知周围车辆距离本车的相对位置和相对速度，以确定本车周围车辆的位置和速度。同样的，也可以利用车载摄像装置感知本车距离车道中心线的距离，来确定本车的当前位置，离车道中心线的确定请参照步骤S102。

在本实施方式中，可以利用语音、文字、图像中的一种或多种方式，将周围车辆的位置和速度输出给用户，在此不做任何限制。

在本实施方式中，由于用户可能受视线受限或者疲劳等因素的影响，导致输入的换道指令并不准确，即此时实际的道路状态并不适合换道。因此，在接收用户输入的换道指令之后、获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息之前，还可以确定本车周围车辆的位置和速度，并将其输出给用户，以便于用户据此判断是否继续进行换道行驶。通过这样的设置，可以进一步提高车辆换道的准确性和安全性。

在一个可能的实施方式中，上述步骤S101中的车辆状态信息可以包括如下的一种或多种：本车位置、本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度。

在本实施方式中，可以利用车载GPS系统识别本车位置，并利用各种传感器获取本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度，当然，也可以直接从车载控制系统中获取本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度。

在本实施方式中，通过本车位置、本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度，即可全面而又准确的表征本车的车辆状态信息，以便于后续根据上述车辆状态信息准确生成虚拟领航者。

S102：根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线。

在本实施例中，前方道路图像可以是利用摄像头等车载摄像装置获取到的。

在一个可能的实施方式中，上述步骤S102根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线，可以包括：

S1021：利用图像处理算法，提取前方道路图像中的道路边界线。

S1022：确定本车的当前位置，并根据本车的当前位置以及道路边界线，确定本车当前所处的车道。

S1023：根据换道指令中的转向，以及本车当前所处的车道，确定目标车道，目标车道为本车当前所处的车道的相邻车道。

S1024：根据道路边界线确定目标车道对应的车道线。

S1025：根据目标车道对应的车道线，确定目标车道的车道中心线。

S1026：确定目标车道的车道中心线在本车坐标系下的车道中心线方程，即公式(1)：

y＝C₀+C₁x+C₂x²+C₃x³ (1)

其中，y表示车道中心线的纵坐标，x表示车道中心线的横坐标，C₀、C₁、C₂和C₃表示车道线系数，本车坐标系的x轴正向为车头朝向，本车坐标系的y轴正向为车身左侧朝向。

在本实施方式中，可以利用车载摄像装置感知本车距离车道中心线的距离，来确定本车的当前位置。

在本实施方式中，可以采用现有技术中的图像处理算法提取前方道路图像中的道路边界线，具体的图像处理算法本领域技术人员可以灵活设置，例如卡尔曼滤波器或基于深度学习的目标检测模型等，在此不做任何限制。

在本实施方式中，根据换道指令中的转向，以及本车当前所处的车道，确定目标车道时，若换道指令中的转向为左向，则目标车道为本车当前所处的车道的左侧相邻车道，若换道指令中的转向为右向，则目标车道为本车当前所处的车道的右侧相邻车道。

在本实施方式中，目标车道的车道中心线，指的是目标车道中心位置的虚拟线，在真实情形中并不存在。根据目标车道的两条车道线，即可确定目标车道的车道中心线。

在本实施方式中，车道中心线方程可以是确定车道中心线的位置之后，在本车坐标系下对车道中心线位置的坐标点进行拟合得到的。

在本实施方式中，利用图像处理算法，即可简单而又准确地提取前方道路图像中的道路边界线。确定道路边界线之后，根据本车的当前位置，以及换道指令中的转向，即可简单便捷地确定即将变换到的目标车道。确定目标车道之后，即可根据提取到的道路边界线确定目标车道对应的车道线以及车道中心线。在确定车道中心线的位置之后，在本车坐标系下对车道中心线位置的坐标点进行拟合，即可准确得到车道中心线在本车坐标系下的车道中心线方程，以便于后续根据车道中心线方程以及车道中心线位置生成虚拟领航者。

S103：根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者。

在本实施例中，上述步骤S103根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者的具体实施方式，请详见实施例二。

S104：根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

在本实施例中，通过本车与车道中心线的距离矢量，即可确定其相对于目标车道的位置，进而判断是否完成换道任务，其中，距离矢量的方向定义可以为车辆在车道中心线左侧为正，右侧为负。当本车(车体的中心点)与目标车道的车道中心线重合(距离矢量为0)时，即可认为换道任务已完成。

本实施例中，在本车在跟随虚拟领航者进行换道行驶时，本车速度和位置的跟踪控制方法可以是比例-积分-微分控制方法、模糊控制方法或最优化控制方法中的一种，当然，也可以采用其他控制方法，在此不做任何限制。

示例性的，在根据虚拟领航者控制本车驾驶时，具体的控制过程可以如下：

(1)速度控制采用下列公式(2)表述的比例-积分-微分控制方法：

其中，Δv是本车和虚拟领航者的速度差，kp、T_I和T_D是控制参数，a(t)是速度的控制输出。

(2)位置控制采用最优化控制方法，其中，

运动学方程为公式(3)：

在参考点(s_r，l_r)处利用公式(4)进行泰勒展开：

设计公式(5)表述的评价函数：

可得公式(6)表述的方向盘转角控制量：

δ_steer＝-Kχ+arctan (ρ_roadL) (6)

其中，是本车航向角，L是本车长度，K、Q和R是控制参数矩阵，δ_steer为控制输出。

在本实施方式中，可以接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。本申请的方法，在接收到用户输入的换道指令指令之后，换道辅助系统即可获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息，并根据前方道路图像以及本车的车辆状态信息生成虚拟领航者，从而根据虚拟领航者控制本车从当前所处的车道换道至目标车道，以完成换道任务。通过这样的设置，可以利用虚拟领航者控制本车完成车辆换道，避免人为换道导致的换道不准确，提高了换道的安全性和舒适性，降低了发生交通事故的风险。进一步的，根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线生成虚拟领航者，提高了虚拟领航者的准确性，进一步提高了换道的准确性和安全性。

下面以具体的实施例二，对上述实施例一的步骤S103根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者的实施方式，进行详细的阐述。

实施例二

图3为本申请另一实施例的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法的流程图，本实施例以执行主体为换道辅助系统对该基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法进行说明。如图3所示，该基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法可以包括以下步骤：

S201：根据目标车道的车道中心线，确定车道中心线曲率。

在本实施例中，可以根据车道中心线方程，确定车道中心线曲率，具体的车道中心线曲率计算过程可以参考现有技术，在此不做赘述。

S202：确定本车的当前位置与车道中心线之间的横向目标距离。

在本实施例中，在确定车道中心线方程之后，可以做本车的当前位置(的中心点)与车道中心线方程所代表的线段之间的垂线段，该垂线段的长度即为横向目标距离。

S203：根据车道中心线曲率以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度。

在本实施例中，车辆状态信息可以包括本车速度、横向加速度、纵向加速度。

在一个可能的实施方式中，上述步骤S203根据车道中心线曲率以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度，可以包括：

利用下列公式(7)，计算得到虚拟领航者的速度：

其中，v_tar表示拟领航者的速度，v表示本车速度，a_x表示本车的纵向加速度，a_y表示本车的横向加速度，ρ_road表示车道中心线曲率，k_ρ、k_a表示标定参数。

在本实施方式中，k_ρ、k_a表示的标定参数，本领域技术人员可以根据实际灵活设置，在此不做任何限制。

在本实施方式中，在确定本车速度、本车的纵向加速度、本车的横向加速度以及车道中心线曲率，利用公式(7)，即可简单而又准确地得到虚拟领航者的速度。

S204：根据车道中心线曲率、横向目标距离以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置。

在本实施例中，车辆状态信息可以包括本车速度、横摆角速度。

在一个可能的实施方式中，上述步骤S204根据车道中心线曲率、横向目标距离以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置，可以包括：

S2041：确定目标车道的车道中心线与目标车道任一车道线之间的第一距离。

S2042：判断横向目标距离是否小于第一距离。

S2043：若否，则利用下列公式(8)(9)计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate (8)

l＝l₀+k_lvv+k_lρρ_road+k_lyyawrate (9)

S2044：若是，则利用下列公式(10)(11)计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate (10)

l＝C₀+C₁s+C₂s²+C₃s³ (11)

其中，k_sv、k_sρ、k_sy、k_lv、k_lρ、k_ly表示标定参数，s表示虚拟领航者距离本车的纵向距离，s₀表示虚拟领航者距离本车的纵向预设距离，l表示虚拟领航者距离本车的横向距离，l₀表示虚拟领航者距离本车的横向预设距离，ρ_road表示车道中心线曲率，yawrate表示横摆角速度。

在本实施方式中，k_sv、k_sρ、k_sy、k_lv、k_lρ、k_ly表示的标定参数，本领域技术人员可以根据实际灵活设置，在此不做任何限制。

在本实施方式中，虚拟领航者距离本车的纵向预设距离s₀，以及虚拟领航者距离本车的横向预设距离l₀，本领域技术人员可以凭借经验以及车道宽度、车体长度等灵活设置，在此不做任何限制。

在本实施方式中，目标车道的车道中心线与目标车道任一车道线之间的第一距离，表示半个车道的宽度，当横向目标距离不小于第一距离时，说明本车尚未变换车道，当横向目标距离小于第一距离时，说明本车已经换道至目标车道。

在本实施方式中，在车辆换道过程中，为了进一步提高换道的准确性和安全性，实现车道的变换，在本车处于不同的车道时，可以利用不同的计算公式确定虚拟领航者的位置。进一步的，利用横向目标距离与第一距离的大小关系，即可简单便捷地确定车辆所处的车道，从而准确地确定虚拟领航者位置的具体计算公式，进一步提高了虚拟领航者位置计算的准确性。

示例性的，图4为本申请一实施例的换道过程示意图，如图4所示，本车所在的车道为当前所处车道，虚拟领航者2所处的车道为目标车道，虚拟领航者1处于本车当前所处车道与目标车道之间的共有车道线上。虚拟领航者2所处的位置即为本车换道之后将要抵达的期望位置，由本车至虚拟领航者2之间的换道轨迹，即为本车在虚拟领航者的引导下进行换道的轨迹，多个虚拟领航者的位置点组成了该换道轨迹。本车与虚拟领航者1之间的轨迹，为车辆在换道前的车道行驶的轨迹，此时横向目标距离不小于第一距离，可以利用上述公式(8)(9)计算得到虚拟领航者的位置；虚拟领航者1与虚拟领航者2之间的轨迹，为车辆在换道后的车道行驶的轨迹，此时横向目标距离小于第一距离，可以利用上述公式(10)(11)计算得到虚拟领航者的位置。

在本实施例中，由于在换道过程中，车辆一直在行驶，本车的位置和速度在发生改变，前方道路图像也在发生改变，因此，在换道辅助系统工作过程中，可以通过实时的图像处理和车辆跟踪控制，获取最新的道路和车辆信息，以更新虚拟领航者的速度和位置。

在本实施例中，为了实现根据虚拟领航者控制本车驾驶，虚拟领航者通常需要速度和位置一起来进行表征，因此，生成虚拟领航者即确定虚拟领航者的速度和位置。由于虚拟领航者是为了引导车辆换道，因此，在车辆状态信息之外，还需要根据车道中心线曲率来确定虚拟领航者的速度和位置。此外，由于在本车处于不同的车道时，确定虚拟领航者的位置的计算公式不同，因此，在车辆状态信息和车道中心线曲率之外，还需要根据横向目标距离来确定虚拟领航者的位置。通过车道中心线曲率、横向目标距离以及车辆状态信息，即可简单而又准确地生成虚拟领航者。

下面以一个具体的实施例对本申请的基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法进行阐述。

实施例三

在一个具体的实施例中，某驾驶员驾驶车辆在公路上行驶，由于前方需要左转弯，驾驶员需要进行向左换道行驶，该车辆的换道辅助系统会辅助驾驶员完成换道任务，具体的换道辅助过程如下：

第一步，驾驶员观察周围道路环境，左侧车道无车辆，判断此时车辆具备换道条件，通过向左拨转向杆向换道辅助系统输入换道指令。

第二步，换道辅助系统在接收用户输入的换道指令之后，利用车载摄像装置和车载雷达，确定本车周围车辆的位置和速度，将周围车辆的位置和速度输出给驾驶员。

第三步，驾驶员再次确定本车周围无车辆，可以进行换道，再次通过向左拨转向杆向换道辅助系统输入换道指令。

第四步，换道辅助系统在再次接收用户输入的换道指令之后，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息。

第五步，换道辅助系统根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线。

第六步，换道辅助系统根据目标车道的车道中心线，确定车道中心线曲率，确定本车的当前位置与车道中心线之间的横向目标距离，根据车道中心线曲率以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度，根据车道中心线曲率、横向目标距离以及车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置。

第七步，换道辅助系统根据虚拟领航者的速度和位置控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

图5为本申请一实施例的换道辅助系统的结构示意图，如图5所示，该换道辅助系统包括：接收模块51，用于接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；执行模块52，用于根据换道指令以及前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据车辆状态信息以及目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。一个实施方式中，换道辅助系统具体实现功能的描述可以参见实施例一中的步骤S101-S104以及实施例二中的步骤S201-S204，在此不做赘述。

图6为本申请另一实施例的换道辅助系统的结构示意图，如图6所示，该换道辅助系统包括：处理器101，以及与处理器101通信连接的存储器102；存储器102存储计算机执行指令；处理器101执行存储器102存储的计算机执行指令，实现上述各方法实施例中基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法的步骤。

该换道辅助系统可以是独立的，也可以是车辆控制系统的一部分，该处理器101和存储器102可以采用车辆控制系统现有的硬件。

在上述换道辅助系统中，存储器102和处理器101之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可以通过一条或者多条通信总线或信号线实现电性连接，如可以通过总线连接。存储器102中存储有实现数据访问控制方法的计算机执行指令，包括至少一个可以软件或固件的形式存储于存储器102中的软件功能模块，处理器101通过运行存储在存储器102内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。

存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称：RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称：ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，简称：PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称：EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称：EEPROM)等。其中，存储器102用于存储程序，处理器101在接收到执行指令后，执行程序。进一步地，上述存储器102内的软件程序以及模块还可包括操作系统，其可包括各种用于管理系统任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通信，从而提供其他软件组件的运行环境。

处理器101可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称：CPU)、网络处理器(Network Processor，简称：NP)等。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本申请的一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现本申请各方法实施例的步骤。

本申请的一实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请各方法实施例的步骤。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种基于虚拟领航跟随者的车辆换道辅助方法，其特征在于，包括：

接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；

根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；

根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；

根据所述虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线，具体包括：

利用图像处理算法，提取所述前方道路图像中的道路边界线；

确定本车的当前位置，并根据本车的当前位置以及所述道路边界线，确定本车当前所处的车道；

根据所述换道指令中的转向，以及本车当前所处的车道，确定目标车道，所述目标车道为本车当前所处的车道的相邻车道；

根据所述道路边界线确定所述目标车道对应的车道线；

根据所述目标车道对应的车道线，确定目标车道的车道中心线；

确定所述目标车道的车道中心线在本车坐标系下的车道中心线方程：

y＝C₀+C₁x+C₂x²+C₃x³

其中，所述y表示车道中心线的纵坐标，所述x表示车道中心线的横坐标，所述C₀、C₁、C₂和C₃表示车道线系数，所述本车坐标系的x轴正向为车头朝向，所述本车坐标系的y轴正向为车身左侧朝向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者，具体包括：

根据所述目标车道的车道中心线，确定车道中心线曲率；

确定本车的当前位置与所述车道中心线之间的横向目标距离；

根据所述车道中心线曲率以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度；

根据所述车道中心线曲率、所述横向目标距离以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述车辆状态信息包括如下的一种或多种：

本车位置、本车速度、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述车道中心线曲率以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的速度，具体包括：

利用下列公式，计算得到虚拟领航者的速度：

其中，所述v_tar表示拟领航者的速度，所述v表示本车速度，所述a_x表示本车的纵向加速度，所述a_y表示本车的横向加速度，所述ρ_road表示车道中心线曲率，所述k_ρ、k_a表示标定参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述车道中心线曲率、所述横向目标距离以及所述车辆状态信息，确定虚拟领航者的位置，具体包括：

确定所述目标车道的车道中心线与所述目标车道任一车道线之间的第一距离；

判断所述横向目标距离是否小于第一距离；

若否，则利用下列公式计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate

l＝l₀+k_lvv+k_lρρ_road+k_lyyawrate

若是，则利用下列公式计算得到虚拟领航者的位置：

s＝s₀+k_svv+k_sρρ_road+k_syyawrate

l＝C₀+C₁s+C₂s²+C₃s³

其中，所述k_sv、k_sρ、k_sy、k_lv、k_lρ、k_ly表示标定参数，所述s表示虚拟领航者距离本车的纵向距离，所述s₀表示虚拟领航者距离本车的纵向预设距离，所述l表示虚拟领航者距离本车的横向距离，所述l₀表示虚拟领航者距离本车的横向预设距离，所述ρ_road表示车道中心线曲率，所述yawrate表示横摆角速度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息之前，还包括：

利用车载摄像装置和车载雷达，确定本车周围车辆的位置和速度；

将所述周围车辆的位置和速度输出给用户；

若再次接收到用户输入的换道指令，则执行所述获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息的步骤。

8.一种换道辅助系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收用户输入的换道指令，获取前方道路图像以及本车的车辆状态信息；

执行模块，用于根据所述换道指令以及所述前方道路图像，确定目标车道以及目标车道的车道中心线；根据所述车辆状态信息以及所述目标车道的车道中心线，生成虚拟领航者；根据所述虚拟领航者控制本车驾驶，以将本车从当前所处的车道换道至目标车道。

9.一种换道辅助系统，其特征在于，包括处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。