CN117465446A - 一种车辆两阶段换道控制方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
在本说明书提供的一种车辆两阶段换道控制方法、装置及设备中，由服务器获取当前车道的前车以及目标车道前车及后车的状态参数。根据换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上第一关键点以及第二关键点。当确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定变速策略，依次判断按照变速策略换道自车在第一关键点处和在第二关键点处是否满足安全距离约束。若均满足安全距离约束，则按照换道轨迹以及变速策略控制所述自车换道。若任一不满足安全距离约束，控制所述自车跟车行驶。
Description
本申请要求于2023年9月8日提交国家知识产权局、申请号为202311161432.6、发明名称为“一种车辆两阶段换道控制方法、装置及设备”的发明专利申请的作为本申请母案，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本说明书涉及无人驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆两阶段换道控制方法、装置及设备。
背景技术
随着现代信息技术的发展，自动驾驶技术依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，得到了快速发展。自动驾驶技术让服务器可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。而在自动驾驶技术中，如何控制换道是不可回避的问题之一。
而针对此问题，在现有技术中，一般先预测自车换道后的位置，然后确定换道后自车的前车以及后车距离，根据距离是否满足安全距离，确定是否控制自车换道。显然，现有技术中对车辆位置的预测是否准确，决定了控制自车换道的安全性。
但是，实际应用中，其他车辆的行为往往难以精确的预测，导致现有控制自车换道的方法，存在较大的安全隐患。为此，本说明书提供了一种车辆两阶段换道控制方法。
发明内容
本说明书提供一种车辆两阶段换道控制方法，以部分的解决现有技术存在的上述问题。
本说明书采用下述技术方案：
响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车；
根据所述换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上当前车道的第一关键点的位置以及目标车道上第二关键点的位置；
当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向；
根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略；
根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束；
若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道；
若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
可选的，根据确定出的换道轨迹，确定在所述换道轨迹上当前车道的第一关键点的位置以及目标车道上第二关键点的位置，具体包括：
根据所述换道策略，确定所述自车的换道轨迹；
在所述自车所在车道内的所述换道轨迹中，确定与所述自车所在车道与所述目标车道的分界线，距离为第一预设时距的点，作为第一关键点；
在所述换道轨迹中，确定与所述换道轨迹的终点第二预设时距的点，作为第二关键点。
可选的，根据所述状态参数确定无法进行匀速换道，具体包括：
根据所述自车的状态参数，确定所述自车到达所述第一关键点以及所述第二关键点的耗时，作为匀速耗时；
根据所述第一前车、所述第二前车、所述后车的状态参数以及所述匀速耗时，按照所述第一前车和所述第二前车减速，所述后车加速的情况，确定所述第一关键点对应的障碍物位置，以及所述第二关键点对应的障碍物位置；
确定所述第一关键点与所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，以及所述第二关键点与所述第二关键点对应的障碍物位置的车距；
当任一车距不大于预设的安全距离时，确定根据所述状态参数无法进行匀速换道。
可选的，确定不满足安全距离约束的方向，具体包括：
根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断所述自车是否双方向均满足预设的安全距离；
若是，则所述第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向；
若否，则根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向。
可选的，所述方法还包括：
根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定所述自车双方向均不满足预设的安全距离，或者，根据所述第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定所述自车双方向均不满足预设的安全距离，更新所述换道策略为跟车策略；
根据所述跟车策略，控制所述自车跟车行驶。
可选的，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略，具体包括：
当不满足安全距离约束的方向为自车后向时，确定所述自车的变速策略为加速；
当不满足安全距离约束的方向为自车前向时，确定所述自车的变速策略为减速。
可选的，根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束，具体包括：
根据所述变速策略以及所述状态参数，确定所述自车根据所述变速策略沿所述换道轨迹到达所述第一关键点的耗时，作为第一变速耗时；
根据所述第一前车所述后车的状态参数以及所述第一变速耗时，按照所述第一前车减速，所述后车加速的情况，重新确定所述第一关键点对应的障碍物位置；
确定所述第一关键点与重新确定的第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断所述自车是否双方向均满足预设的安全距离；
若是，则根据所述变速策略以及所述状态参数，确定所述自车根据所述变速策略沿所述换道轨迹到达所述第二关键点的耗时，作为第二变速耗时；根据所述第二前车所述后车的状态参数以及所述第二变速耗时，按照所述第二前车减速，所述后车加速的情况，重新确定所述第二关键点对应的障碍物位置；继续判断所述第二关键点处是否满足安全距离约束；
若否，则确定不满足安全距离约束。
可选的，提供一种车辆两阶段换道控制装置，包括：
采集模块，响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车；
关键点确定模块，根据所述换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上当前车道的第一关键点的位置以及目标车道上第二关键点的位置；
距离约束模块，当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向；
策略更新模块，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略；
判断控制模块，根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束；若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道；若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
可选的，一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现车辆两阶段换道控制方法。
可选的，一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现车辆两阶段换道控制方法。
本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
在本说明书提供的车辆两阶段换道控制方法中，获取当前车道的前车以及目标车道前车及后车的状态参数。根据换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上第一关键点以及第二关键点。当确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定变速策略，依次判断按照变速策略换道自车在第一关键点处和在第二关键点处是否满足安全距离约束。若均满足安全距离约束，则按照换道轨迹以及变速策略控制所述自车换道。若任一不满足安全距离约束，控制所述自车跟车行驶。
从上述方法中可以看出，通过车辆两阶段换道控制方法，即准备换道阶段沿当前车道匀加速/匀减速行驶，换道阶段匀速换道，准备阶段的加速度和准备时间，最后求解得到换道策略，大幅提高了智能车辆换道轨迹规划的成功率，进一步确保了换道的安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：
图1为本说明书提供的一种车辆两阶段换道控制的流程示意图；
图2为本说明书提供的一张各关键点及自车周围车辆的位置示意图；
图3为本说明书提供的一种车辆两阶段换道控制的判断流程示意图；
图4为本说明书提供的一张通过加速换道于第一关键点之前的各车的示意图；
图5为本说明书提供的一张通过减速换道于经过第一关键点的各车的示意图；
图6为本说明书提供的一张通过加速换道于第一关键点与第二关键点之间的各车的示意图；
图7为本说明书提供的一张通过减速换道于第一关键点与第二关键点之间的各车的示意图；
图8为本说明书提供的一张通过加速换道经过第二关键点后的各车的示意图；
图9为本说明书提供的一张通过减速换道经过第二关键点后的各车的示意图；
图10为本说明书提供的一种车辆两阶段换道控制装置的示意图；
图11为本说明书提供的一种对应于图1的电子设备示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书中一种车辆两阶段换道控制方法的流程示意图，具体包括以下步骤：
S101：响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车。
在本说明书实施例中，该车辆两阶段换道控制由何种设备执行，本说明书不做限制。例如，个人电脑、移动终端以及服务器等。但由于后续步骤涉及到模型计算以及关键点定位等操作，属于对计算资源的要求较高的操作，故一般都由服务器来执行，因此本说明书后续也以服务器执行车辆两阶段换道控制为例，进行描述。其中，该服务器可以是单独的一台设备，或者由多台设备组成，例如，车载服务器，本说明书对此不做限制。
服务器响应于上层换道决策的换道策略，需要进行换道控制，而在换道过程中，当前车道的前车以及目标车道前车及后车对换道控制影响极大，故在采集进行换道的自车状态参数的基础上，需采集当前车道的前车以及目标车道前车及后车各车的状态参数。
需要额外说明的是，因当前车道后车对比当前车道的前车以及目标车道前车及后车各车，对换道控制的影响较小，故在本方法中，不考虑当前车道后车的情况，即服务器不采集当前车道后车的状态参数。其中，状态参数至少包括用于计算车辆速度的状态参数以及描述车辆位置的状态参数。
S103：根据所述换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上当前车道的第一关键点的位置以及目标车道上第二关键点的位置。
因为需要考虑附近各车辆的各种可能性操作对各车速度影响，包括：如何减速，如何加速，是否急停等，确定安全的精确换道轨迹难度较大，且耗时较长。于是，在本说明书实施例中，该服务器可在确定下一时刻的控制策略为换道策略时，确定换道轨迹，并通过后续步骤确定在该换道轨迹上自车的速度，通过速度调整实现换道，不调整换道轨迹。其中，该换道轨迹具体如何生成本说明书不做限制，如采用已有的轨迹规划方法生成，或者采用预设的换道轨迹，换道轨迹如何生成可根据需要设置。
该服务器在确定换道轨迹之后，采用考虑换道过程的两个关键点，也就是即将开始换道时的关键点以及即将完成换道时的关键点，并通过假设各前车急减速的同时后车急加速的情况，对在此情况下的关键点处自车与其他车辆的距离分别进行判断，确定在换道轨迹上的速度变化方案。图2为本说明书实施例提供的关键点示意图，其中，左侧圆表示第一关键点，右侧圆表示第二关键点，第一关键点位于换道轨迹中自车到达车道分界线之前的位置，此时自车还未驶出当前车道，但已明确表达换道意图。第二关键点位于换道轨迹中自车即将完成换道之前的位置，此时自车已到达目标车道，并即将完成换道。
也就是说，根据换道策略，服务器确定自车的换道轨迹。在自车所在车道内的换道轨迹中，确定与自车所在车道与目标车道的分界线，距离第一预设时距的点，作为第一关键点。在换道轨迹中，确定与换道轨迹的终点第二预设时距的点，作为第二关键点。
具体的，本说明书提及第一关键点和第二关键点如图2所示，本说明书中第一关键点取时刻对应的换道轨迹点，第二关键点取t-0.3s时刻对应的换道轨迹点。当服务器确定第一关键点和第二关键点处自车与他车的距离满足安全距离约束时，认为匀速换道可行。
服务器将自车与他车的距离输入责任敏感安全(Responsibility SensitiveSafety，RSS)模型，得到同向行驶时纵向安全距离约束：
其中，dmin代表后车与前车所需的最小安全距离，且必须非负，ρ为后车反应时间，vr和vf为后车和自车当前速度，amax和amin为后车预设常规车辆的最大纵向加/减速度，ab为前车预设常规车辆的最大制动减速度。而在具体场景应用时，也可不采用预设常规车辆的最大纵向加/减速度以及最大制动减速度，而是服务器也可根据需求增加S101步骤中采集各车的状态参数的参数种类及数量，用于计算对应车辆的最大纵向加/减速度以及最大制动减速度，本说明书对此状态参数不作具体限制。
可选的，服务器判断可否匀速变道的安全距离约束可由安全距离表示，判断可否变加速变道可通过预设关系系数对安全距离乘积，得到与安全距离相比，范围较小的安全约束。例如，预设的安全距离为3m，预设关系系数为5.0，则安全距离约束为15m，也就是说当换道时前后车距离大于15m时才满足安全距离约束。当然，上述仅为一种示例，具体安全距离以及预设关系系数可根据需要设置。
S105：当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向。
若根据服务器安全距离计算，各安全距离约束满足，将匀速变道策略输入自车，控制自车进行匀速变道。但大部分情况下，难以达成各安全距离约束满足的条件，因此，本说明书方案对不满足安全距离的方向进行判断。
在本说明书方案中，参考一种车辆两阶段换道控制的判断流程示意图，如图3所示，服务器根据自车的状态参数，确定自车到达第一关键点以及第二关键点的耗时，作为匀速耗时。根据第一前车、第二前车、后车的状态参数以及匀速耗时，按照第一前车和第二前车减速，后车加速的情况，确定第一关键点对应的障碍物位置，以及第二关键点对应的障碍物位置。确定第一关键点与第一关键点对应的障碍物位置的车距，以及第二关键点与第二关键点对应的障碍物位置的车距。当任一车距不大于预设的安全距离时，确定根据状态参数无法进行匀速换道。
服务器判断后车与第二前车距离是否小于安全距离。若不小于安全距离，更新换道策略为跟车策略。根据跟车策略，控制自车跟车行驶。若小于安全距离，判断后车与第一关键点距离是否小于安全距离。若不小于安全距离，更新换道策略为跟车策略。根据跟车策略，控制自车跟车行驶。若小于安全距离，根据安全距离、关键点的位置以及预设安全参数，确定各安全约束并确定不满足安全距离约束的方向。
在服务器确定不满足安全距离约束的方向之后，还可以根据第一关键点的位置与第一前车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第一前向安全约束。若过控制自车在第一关键点前根据减速策略减速，第一关键点的自车位置与第一关键点第一前车对应的障碍物位置距离不满足第一前向安全约束，更新换道策略为跟车策略。根据跟车策略，控制自车跟车行驶。若第一关键点的位置与第一关键点第一前车对应的障碍物位置距离满足第一前向安全约束，或通过控制自车在第一关键点前根据减速策略减速，第一关键点的自车位置与第一关键点第一前车对应的障碍物位置距离满足第一前向安全约束。根据第二关键点的位置与第二前车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第二前向安全约束。若第二关键点的位置与第二关键点第二前车对应的障碍物位置距离不满足第二前向安全约束，确定第二关键点的自车前向不满足安全距离约束。
若服务器确定第二关键点的位置与第二前车对应的障碍物位置距离满足第二前向安全约束，确定第一关键点的自车前向不满足安全距离约束。
服务器根据第一关键点位置与后车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第一后向安全约束。若过控制自车在第一关键点前根据加速策略加速，第一关键点的自车位置与第一关键点第一前车对应的障碍物位置距离不满足第一后向安全约束，更新换道策略为跟车策略。根据跟车策略，控制自车跟车行驶。
若服务器确定第一关键点的位置与后车对应的障碍物位置距离满足安全约束，或通过控制自车在第二关键点前根据减速策略减速，第一关键点的自车位置与第一关键点后车对应的障碍物位置距离满足第一后向安全约束。根据第二关键点的位置与后车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第二前向安全约束。若第二关键点的位置与第二关键点后车对应的障碍物位置距离不满足第二前向安全约束，确定第二关键点的自车后向不满足安全距离约束。
若服务器确定第二关键点的位置与后车对应的障碍物位置距离满足第二前向安全约束，确定第一关键点的自车后向不满足安全距离约束。
具体的，服务器在确定各安全约束并确定不满足安全距离约束的方向时，根据第一关键点的位置与第一前车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第一前向安全约束。若第一关键点的位置与第一关键点第一前车对应的障碍物位置距离不满足第一前向安全约束，确定不满足安全距离约束的方向为第一关键点的自车前向。
服务器根据第一关键点位置与后车距离、安全距离以及预设安全参数，确定第一后向安全约束。若第一关键点的位置与第一关键点后车对应的障碍物位置距离不满足第一后向安全约束，确定不满足安全距离约束的方向为第一关键点的自车后向。
S107：根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略。
在本说明书提供的方法或实施例中，服务器根据不同关键点处不满足安全距离约束的方向，有着对应的变速策略进行优化，以达到满足安全距离约束的目标，从而使得自车进行变道。且在本说明书方案中，舍弃了于第一关键点加速后第二关键点减速或第一关键点减速后第二关键点加速的低安全性方案，即采用了剪枝方法，缩短了总体决策时间，从而提升了决策效率。
参考通过加速换道于第一关键点之前的各车的示意图，如图4所示，服务器根据不满足安全距离约束的方向，确定自车的变速策略：当不满足安全距离约束的方向为自车后向时，确定自车的变速策略为加速。
参考通过减速换道于第一关键点之前的各车的示意图，如图5所示，当服务器确定不满足安全距离约束的方向为自车前向时，确定自车的变速策略为减速。
根据变速策略以及状态参数，服务器确定自车根据变速策略沿换道轨迹到达第一关键点的耗时，作为第一变速耗时。根据第一前车后车的状态参数以及第一变速耗时，按照第一前车减速，后车加速的情况，重新确定第一关键点对应的障碍物位置。确定第一关键点与重新确定的第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断自车是否双方向均满足预设的安全距离。
若是，则根据变速策略以及状态参数，服务器确定自车根据变速策略沿换道轨迹到达第二关键点的耗时，作为第二变速耗时。根据第二前车后车的状态参数以及第二变速耗时，按照第二前车减速，后车加速的情况，重新确定第二关键点对应的障碍物位置。继续判断第二关键点处是否满足安全距离约束。
若否，则服务器确定不满足安全距离约束，更新换道策略为跟车。
具体的，穷举换道时间集合，依次判定换道时间是否满足直接换道要求：第一关键点和第二关键点自车与他车的安全约束满足，如果满足，则认为可以直接换道，输出该换道时间并计算换道轨迹。
如果该换道时间下直接换道要求不满足，则需要通过优化前置判断确定第一阶段应加速准备还是减速准备以求在该换道时间下完成两阶段换道。
S109：根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束。
在本说明书提供的方法或实施例中，若服务器确定第一关键点处通过变速可满足安全距离约束，为完成换道可行性判断，需要对第二关键点处前后距离进行安全距离约束判断，逻辑与第一关键点处判断相同，但由于舍弃了于第一关键点加速后第二关键点减速或第一关键点减速后第二关键点加速的低安全性方案，故只对不满足第一关键点的方向距离进行判断，以达到实施单变加速策略换道的结果。
假设在第一关键点之前自车未向他车明确表达换道意图，因此第一关键点服务器不应考虑他车对于自车换道的响应。
如果服务器确定第一关键点前向安全和后向安全约束均不满足，则不存在换道可行性。
参考通过加速换道于第一关键点与第二关键点之间的各车的示意图，如图6所示，第一关键点前向安全约束满足，但后向安全约束不满足，则服务器判断通过第一阶段加速准备保证后向安全满足的情况下前向安全是否仍满足，若仍满足则表明自车通过加速准备可能实现换道，否则不可能实现换道。
参考通过减速换道于第一关键点与第二关键点之间的各车的示意图，如图7所示，如果服务器确定第一关键点后向安全约束满足，但前向安全约束不满足，判断过程同上，需判断自车第一阶段通过减速准备是否可能实现换道。
具体的，假设在第一关键点之后自车明确向他车表达换道意图(打转向灯)，此过程考虑他车(目标车道后车)对自车换道行为的响应。换句话说，此过程考虑自车对目标车道后车的影响。本说明书假设自车换道对目标车道后车的影响不应过大，该影响通过后车纵向最大减速度表征。
如果服务器确定第二关键点前向安全约束满足，但后向安全约束不满足，则进一步检查后车以最大舒适减速度响应自车是否能满足后向安全约束：
如果服务器计算满足后向安全约束，则控制自车进行匀速换道。
如果不满足，则服务器判断自车第一阶段加速准备保证第二关键点后向安全满足的情况下前向安全是否仍满足，参考通过加速换道经过第二关键点后的各车的示意图，如图8所示。若仍满足则表明自车通过加速准备可能实现换道，否则不可能实现换道，参考通过减速换道经过第二关键点后的各车的示意图，如图9所示。
如果第二关键点后向安全约束满足，但前向安全约束不满足，则服务器判断自车第一阶段通过减速准备保证前向安全满足的情况下后向安全是否满足：
如果后向安全满足，则服务器表明自车通过减速准备可能实现换道。
如果后向安全不满足，则服务器进一步检查目标车道后车以最大舒适减速度响应自车是否能满足后向安全约束，如果能满足，参考通过减速换道经过第二关键点后的各车的示意图，如图7所示，则表明自车通过减速准备可能实现换道，否则不可能实现换道。
S111：若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道。
根据进行变加速判断后的结果，输出对应的变速策略，以控制自车进行变加速换道，下一步骤也是同理。
S113：若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
从上述方法可以看出，服务器通过参考参照人类驾驶员的行驶策略，即：在控制车辆进行换道时，人类驾驶员首先会观察当前车道和目标车道车辆，确保安全车距，保证不影响其他车辆行驶。其次会缓打方向、迅速换道，换道过程中保持匀速或稍稍加速。安全车距不满足要求时，人类驾驶员会采取沿当前车道先加速/先减速行驶，待时机成熟再开始换道的策略。通过车辆两阶段换道控制方法，即准备换道阶段沿当前车道匀加速/匀减速行驶，换道阶段匀速换道，准备阶段的加速度和准备时间，最后求解得到换道策略，大幅提高了智能车辆换道轨迹规划的成功率，进一步确保了换道的安全性。
可选的，在本说明书实施例步骤S105中，该服务器在确定不满足安全距离约束的方向时，可先根据该第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断自车是否双方向均满足预设的安全距离。若是，则该服务器可根据第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向。若否，则该服务器根据第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向。也就是说，在确定不满足安全距离约束的方向时，首先考虑第一关键点处的情况，再考虑第二关键点处的情况。因为，若在第一关键点处无法满足安全约束条件，则无需再判断第二关键点处的情况。而在整个换道过程中，为了提高自车安全，不会出现先加速再减速或者先减速再加速的速度控制方案，因此只要确定一个不满足安全距离约束的方向即可。
可选的，在本说明书一个或多个实施例中，该服务器在确定不满足安全距离约束的方向时，若根据第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定自车双方向均不满足预设的安全距离，或者，该服务器根据第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定自车双方向均不满足预设的安全距离，则可确定按照该换道轨迹换道风险较高，则换道策略无法实施，更新换道策略为跟车策略。并根据跟车策略，控制自车跟车行驶。
具体来说，在本说明书实施例步骤S107中，服务器根据不满足安全距离约束的方向，确定自车的变速策略。当服务器确定不满足安全距离约束的方向为自车后向时，确定自车的变速策略为加速，此时可以默认不满足安全距离约束的方向的关键点处，自车变道行驶是安全的，则在步骤S109中，该服务器可进一步确定两个关键点中的另一个关键点，在加速变道策略下的安全性。例如，假设在第一关键点处，确定后向不满足安全距离约束，变速策略为加速，则该服务器需要进一步判断自车在加速换道行驶至第二关键点处时，自车与第二前车以及后车的距离是否满足安全距离约束。
同理，当不满足安全距离约束的方向为自车前向时，确定自车的变速策略为减速，此时可以默认不满足安全距离约束的方向的关键点处，自车变道行驶是安全的，则在步骤S109中，该服务器可进一步确定两个关键点中的另一个关键点，在减速变道策略下的安全性。
进一步地，在本说明书一个或多个实施例中，可能出现在不满足安全距离约束的方向的关键点处，即使采用变速策略，自车与其他车辆的距离仍不满足安全距离约束的情况。因此，为了提高换道过程的安全性，该服务器也可在确定出变速策略后，在不满足安全距离约束的方向的关键点处，重新判断，自车是否在前后向均满足安全距离约束。
可选的，在本说明书实施例步骤S109中，服务器根据变速策略以及状态参数，依次判断按照变速策略换道自车在第一关键点处和在第二关键点处是否均满足安全距离约束。服务器根据变速策略以及状态参数，确定自车根据变速策略沿换道轨迹到达第一关键点的耗时，作为第一变速耗时。根据第一前车后车的状态参数以及第一变速耗时，按照第一前车减速，后车加速的情况，重新确定第一关键点对应的障碍物位置，确定第一前车和后车对此次换道最大的影响范围。确定第一关键点与重新确定的第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断自车是否双方向均满足预设的安全距离，以确保自车在换道时，于第一关键点位置安全。若是，则根据变速策略以及状态参数，确定自车根据变速策略沿换道轨迹到达第二关键点的耗时，作为第二变速耗时。根据第二前车后车的状态参数以及第二变速耗时，按照第二前车减速，后车加速的情况，重新确定第二关键点对应的障碍物位置，确定第二前车和后车对此次换道最大的影响范围。继续判断第二关键点处是否满足安全距离约束，以确保自车在换道时，于第二关键点位置安全。若否，则确定不满足安全距离约束，进一步可确定按照该换道轨迹换道风险较高，换道策略无法实施，更新换道策略为跟车策略。
在本说明书步骤S105的一个可选的实施例中，服务器可令换道准备时间尽可能短且换道准备加速度尽可能小，从而保证换道过程果断迅速和平稳，如公式所示：
minimizet+minimize|acc|
其中，minimizet指尽可能短的换道准备时间，minimize|acc|尽可能小的换道准备加速度。
同时，目标约束要求第一关键点和第二关键点处自车与他车的安全约束满足，保证换道过程安全。因此，可在服务器输入RSS模型的参数的同时输入优化问题以实现该目的，优化问题具体设计如下：
ap，min≤a≤ap，max，tp，min≤t≤tp，max，
df1≥0，db1≥0，df2≥0，db2≥0。
其中，ap，min以及ap，max分别为准备换道阶段加速度最小值/最大值，tp，min以及tp，max分别为准备换道阶段启动时间最短值/最长值，df1以及df2分别为第一关键点自车与第一前车的前向安全距离以及第二关键点自车与第二前车的前向安全距离，db1以及db2分别为第一关键点和第二关键点自车与后车的后向安全距离。
在本说明书S105的一个可选的实施例中，为避免自车换道对目标车道后车行驶造成明显影响，服务器可设置后车舒适响应减速度上界(-1m/s2)，即自车汇入目标车道后，根据纵向安全模型反推得到的后车纵向加速度应不小于-1m/s2，在计算安全距离约束时，带入后车纵向加速度对应的数值。
在本说明书一个或多个实施例中，还提供一种无人车，该无人车至少包括传感器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，该处理器通过运行该计算机程序，实现上述图1所示的车辆两阶段换道控制过程。并且，该无人车可通过该传感器获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数。
其中，该传感器具体采用何种传感器本说明书不做限制，如，毫米波雷达、激光雷达、图像传感器、红外传感器等等，采用的传感器可以为一种或多种类型的传感器，只要能够获取自车状态参数以及其他车辆的状态参数即可。
另外，在本说明书实施例中，该无人车可用于执行配送任务或者人员运输，在执行上述任务的过程中，当需要换道时，根据图1所示的辆两阶段换道控过程，实现安全高效的换道。
基于本说明书的一个或多个实施例提供的车辆两阶段换道控制方法，采用同样的思路，本说明书还提供了相应的控制装置，如图10所示。
图10为本说明书提供的一种控制装置示意图，具体包括：
采集模块201，响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车。
关键点确定模块203，根据所述换道策略，确定换道轨迹，并确定在所述换道轨迹上当前车道的第一关键点的位置以及目标车道上第二关键点的位置。
距离约束模块205，当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向。
策略更新模块207，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略。
判断控制模块209，根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束。若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道。若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
可选的，关键点确定模块203，用于根据所述换道策略，确定所述自车的换道轨迹。在所述自车所在车道内的所述换道轨迹中，确定与所述自车所在车道与所述目标车道的分界线，距离为第一预设时距的点，作为第一关键点。在所述换道轨迹中，确定与所述换道轨迹的终点距离第二预设时距的点，作为第二关键点。
可选的，距离约束模块205，用于根据所述自车的状态参数，确定所述自车到达所述第一关键点以及所述第二关键点的耗时，作为匀速耗时。根据所述第一前车、所述第二前车、所述后车的状态参数以及所述匀速耗时，按照所述第一前车和所述第二前车减速，所述后车加速的情况，确定所述第一关键点对应的障碍物位置，以及所述第二关键点对应的障碍物位置。确定所述第一关键点与所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，以及所述第二关键点与所述第二关键点对应的障碍物位置的车距。当任一车距不大于预设的安全距离时，确定根据所述状态参数无法进行匀速换道。
可选的，策略更新模块207，用于根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断所述自车是否双方向均满足预设的安全距离。若是，则所述第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向。若否，则根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定不满足安全距离约束的方向。
可选的，策略更新模块207，还用于根据所述第一关键点对应的障碍物位置的车距，确定所述自车双方向均不满足预设的安全距离，或者，根据所述第二关键点对应的障碍物位置的车距，确定所述自车双方向均不满足预设的安全距离，更新所述换道策略为跟车策略，根据所述跟车策略，控制所述自车跟车行驶。
可选的，策略更新模块207，用于当不满足安全距离约束的方向为自车后向时，确定所述自车的变速策略为加速。当不满足安全距离约束的方向为自车前向时，确定所述自车的变速策略为减速。
可选的，策略更新模块207，用于根据所述变速策略以及所述状态参数，确定所述自车根据所述变速策略沿所述换道轨迹到达所述第一关键点的耗时，作为第一变速耗时。根据所述第一前车所述后车的状态参数以及所述第一变速耗时，按照所述第一前车减速，所述后车加速的情况，重新确定所述第一关键点对应的障碍物位置。确定所述第一关键点与重新确定的第一关键点对应的障碍物位置的车距，判断所述自车是否双方向均满足预设的安全距离。若是，则根据所述变速策略以及所述状态参数，确定所述自车根据所述变速策略沿所述换道轨迹到达所述第二关键点的耗时，作为第二变速耗时。根据所述第二前车所述后车的状态参数以及所述第二变速耗时，按照所述第二前车减速，所述后车加速的情况，重新确定所述第二关键点对应的障碍物位置。继续判断所述第二关键点处是否满足安全距离约束。若否，则确定不满足安全距离约束。
本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述图1提供的控制方法。
本说明书还提供了图11所示的电子设备的示意结构图。如图11所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述图1所述的控制方法。当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据控制设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据控制设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据控制设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据控制设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程控制设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种车辆两阶段换道控制方法，其特征在于，包括：
响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车；
根据所述换道策略，确定所述自车的换道轨迹；
在所述自车所在车道内的所述换道轨迹中，确定与所述自车所在车道与所述目标车道的分界线，距离为第一预设时距的点，作为第一关键点；
在所述换道轨迹中，确定与所述换道轨迹的终点距离第二预设时距的点，作为第二关键点；
当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向；
根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略；
根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束；
若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道；
若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向之前，所述方法还包括：
根据所述自车的状态参数，确定自车速度；
根据所述后车的状态参数，确定后车速度；
根据预设的反应时间以及所述后车速度，确定反应距离；
根据预设最大加速度以及所述反应时间，确定后车制动距离；
根据所述后车速度、所述反应时间、所述最大加速度、预设的最大减速度、所述自车当前速度以及预设的前车最大制动减速度，确定后车最大加速距离以及前车的制动距离；
根据所述后车反应距离、后车制动距离、后车最大加速距离以及所述前车的制动距离，确定最小安全距离，并根据所述最小安全距离，确定安全约束。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述最小安全距离，确定安全约束，具体包括：
计算所述最小安全距离与预设关系系数的乘积，得到安全约束。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述状态参数确定无法匀速换道，具体包括：
根据所述自车状态参数中的换道准备时间范围以及换道准备加速度范围；
确定所述换道准备时间范围中最小的换道准备时间，作为准备时间；
确定所述换道准备加速度范围中最小的换道准备加速度，作为准备加速度；
根据所述准备时间以及所述准备加速度，确定所述准备状态，并根据所述准备状态重新确定状态的参数；
根据所述重新确定的状态参数，确定无法均匀换道。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在确定不满足安全距离约束的方向之前，所述方法还包括：
根据所述其他车辆的状态参数，确定所述第一关键点前向的安全距离、所述第一关键点后向的安全距离、所述第二关键点前向的安全距离以及第二关键点后向的安全距离；
根据所述准备状态以及各关键点的所述安全距离，确定优化问题，并根据所述优化问题确定所述安全距离约束。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述其他车辆的状态参数，确定所述第一关键点前向的安全距离、所述第一关键点后向的安全距离、所述第二关键点前向的安全距离以及第二关键点后向的安全距离，具体包括：
根据所述自车的状态参数以及所述第一前车的状态参数，确定所述第一关键点的前向安全距离；
根据所述自车的状态参数以及所述第二前车的状态参数，确定所述第二关键点的前向安全距离；
根据所述自车状态参数以及所述后车的状态参数，确定所述第一关键点的后向安全距离以及所述第二关键点的后向安全距离。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述状态参数确定无法匀速换道之前，所述方法还包括：
根据预设的舒适响应变速度，提高所述状态参数中所述后车的状态参数，并根据调整后的状态参数，确定安全距离约束。
8.一种车辆两阶段换道控制装置，其特征在于，包括：
采集模块，响应于换道策略，获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，其中，所述其他车辆包括自车所在车道的第一前车，目标车道的第二前车以及目标车道的后车；
关键点确定模块，根据所述换道策略，确定所述自车的换道轨迹；在所述自车所在车道内的所述换道轨迹中，确定与所述自车所在车道与所述目标车道的分界线，距离为第一预设时距的点，作为第一关键点；在所述换道轨迹中，确定与所述换道轨迹的终点距离第二预设时距的点，作为第二关键点；
距离约束模块，当根据所述状态参数确定无法匀速换道时，确定不满足安全距离约束的方向，其中，所述方向包括自车前向以及自车后向；
策略更新模块，根据所述不满足安全距离约束的方向，确定所述自车的变速策略；
判断控制模块，根据所述变速策略以及所述状态参数，依次判断按照所述变速策略换道所述自车在所述第一关键点处和在所述第二关键点处是否均满足安全距离约束；若均满足安全距离约束，则按照所述换道轨迹以及所述变速策略，控制所述自车换道；若任一不满足安全距离约束，则控制所述自车跟车行驶。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1～7任一项所述的方法。
10.一种无人车，其特征在于，包括传感器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述传感器用于获取自车状态参数以及周围环境中其他车辆的状态参数，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1～7任一项所述的方法。
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