CN112124314B - 车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质，包括以下步骤：（1）信息处理；（2）自动变道参数计算；（3）自动变道规划五次曲线；（4）自动变道的横向控制指令生成；（5）自动变道完成的判定计算。本发明提高了路径规划的计算效率。

Description

车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质。

背景技术

随着人工智能技术、多传感器融合技术以及控制决策技术的发展，对于自动驾驶汽车的需求也越来越强烈。按照自动驾驶汽车的使用场景、技术能力等，可以分为L1到L5无个等级。其中L2为高级驾驶辅助，L3等级为有条件自动驾驶，L4等级为限定区域的完全自动驾驶，L5为完全的自动驾驶。

目前产业界正聚焦于L2-L3级别自动驾驶技术的量产，在该级别下主要针对的是城市快速路、高速路场景下有限的自动驾驶能力，包括了车道对中行驶、车辆自适应巡航、车辆自动变道等主要功能。

当前的车辆自动变道横向路径规划方法主要分为基于高精度地图和基于车道线定位两种，基于高精度地图的路径规划方法精度高、抗干扰能力强，但是系统复杂、成本较高，目前不适用于大规模量产。

因此，有必要开发一种新的车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质。

发明内容

本发明提供一种车辆自动变道横向路径规划方法、系统、车辆及存储介质，能提高路径规划的计算效率。

第一方面，本发明所述的车辆自动变道横向路径规划方法，包括以下步骤：

(1)信息处理：

获取决策系统输出的自动变道指令信息，判断是否开始变道，若是，则获取感知系统实时输出的本车车道中心线、目标车道中心线、本车速度V，否则结束流程；

(2)自动变道参数计算：

在自动变道的开始时刻，根据目标车道中心线和本车车道中心线计算出两条中心线的相对横向距离TargetA0，并结合与变道过程快慢的标定量rate，计算用于自动变道横向规划的时间参数T；

(3)自动变道规划五次曲线：

在自动变道过程中的每一时刻，根据目标车道中心线和本车车道中心线的相对横向距离TargetA0和用于自动变道横向规划的时间参数T，计算出五次曲线方程的参数N₀,N₁,N₂,N₃,N₄,N₅；并计算出在t时刻的期望横向距离S_target，期望横向速度V_target，期望横向加速度A_target；

(4)自动变道的横向控制指令生成：

利用期望横向距离S_target、横向速度V_target和横向加速度A_target，计算出t时刻的变道轨迹三次曲线方程参数A0_lc，A1_lc，A2_lc，A3_lc，并结合本车车道中心线的三次曲线方程参数A0_lk，A1_lk，A2_lk，A3_lk，计算出用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数A0,A1,A2,A3并输出到横向控制器，用于对自动变道进行横向控制；

(5)自动变道完成的判定计算：

当同时满足以下两个条件，则认为完成了自动变道：

(a)换道所经过的时间大于自动变道横向规划的时间参数T；

(b)用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数A0小于阈值A0_Comp，且持续时间小于阈值T_Comp；

完成自动变道后，停止计算自动变道的规划五次曲线和横向控制指令，否则返回步骤3。

进一步，所述步骤1中，本车车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lk＝A0_lk+A1_lkx+A2_lkx²+A3_lkx³，其中y_lk为横向距离，x为纵向距离，A0_lk、A1_lk、A2_lk、A3_lk为本车车道中心线的三次曲线方程参数；

目标车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lt＝A0_lt+A1_ltx+A2_ltx²+A3_ltx³，其中y_lt为横向距离，x为纵向距离，A0_lt、A1_lt、A2_lt、A3_lt为目标车道中心线的三次曲线方程参数。

进一步，所述步骤2中，自动变道横向规划的时间参数T的计算公式为：

目标车道中心线和本车车道中心线的相对横向距离TargetA0的计算公式为：

TargetA0＝A0_lt-A0_lk。

进一步，所述步骤3中，五次曲线方程的参数N₀,N₁,N₂,N₃,N₄,N₅的计算方法为：

构造一个矩阵

构造一个矩阵

其中：V_i为换道开始时的横向速度，a_i为换道开始时的横向加速度，V_f为换道结束时的横向速度，a_f为换道结束时的横向加速度；

求解矩阵方程

得到c(1),c(2),c(3)，最后得到五次曲线方程的参数

进一步，所述步骤3中，

期望横向距离S_target＝N₀+N₁t+N₂t²+N₃t³+N₄t⁴+N₅t⁵；

期望横向速度V_target＝N₁+2N₂t+3N₃t²+4N₄t³+5N₅t⁴；

期望横向加速度A_target＝2N₂+6N₃t+12N₄t²+20N₅t³。

进一步，所述步骤4中，A0_lc＝S_target；A1_lc＝V_target/V；A2_lc＝A_target/(2*V²)；A3_lc＝0；

进一步，所述步骤4中，[A0,A1,A2,A3]＝[A0_lc+A0_lk,A1_lc+A1_lk,A2_lc+A2_lk,A3_lc+A3_lk]。

第二方面，本发明所述的一种车辆自动变道的横向路径规划系统，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述控制器调用计算机可读程序，能执行如本发明所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

第三方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的车辆自动变道的横向路径规划系统。

第四方面，本发明所述的一种存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如本发明所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

本发明具有以下优点：

(1)利用目前主流的车道线定位方案，进行自动变道的路径规划，可靠、成熟；

(2)兼容目前的车道对中功能，降低成本，有利于大规模量产；

(3)路径规划方法计算效率高，满足车载计算的性能要求；

(4)依靠摄像头获取车道线信息，未采用高精度地图来定位，故抗干扰能力强。

附图说明

图1为本实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例中，涉及的硬件包括：

感知系统，用于实时输出的本车车道中心线、目标车道中心线、本车速度。

自动变道决策系统，用于输出自动变道的决策指令信息。

自动变道横向规划系统，用于实时规划自动变道的横向五次曲线方程，计算期望的横向距离、速度、加速度，并计算用于横向控制的三次曲线参数。

自动变道横向控制器，用于接收自动变道横向规划系统计算的三次曲线参数，完成相应的横向控制。

如图1所示，本实施例中，一种车辆自动变道横向路径规划方法，包括以下步骤：

(1)信息处理

11、获取决策系统输出的自动变道指令信息，判断是否开始变道。如果开始自动变道则进入步骤12，否则结束。

12、获取感知系统实时输出信息，包括：

本车车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lk＝A0_lk+A1_lkx+A2_lkx²+A3_lkx³，其中y_lk为横向距离，x为纵向距离。

目标车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lt＝A0_lt+A1_ltx+A2_ltx²+A3_ltx³，其中y_lt为横向距离，x为纵向距离。

本车速度信息V。

(2)自动变道参数计算：

21、计算用于自动变道横向规划的时间参数T，计算公式为：

其中rate为标定量，决定了变道过程的快慢，在每次变道过程中仅在初始时刻计算一次。在实际变道过程中，时间参数T的值一般在6秒到8秒之间。

22、根据步骤12得到的目标车道中心线和本车车道中心线的参数，计算两条中心线的相对横向距离TargetA0＝A0_lt-A0_lk。

(3)自动变道规划五次曲线：

31、根据步骤22得到的TargetA0，计算t时刻的变道横向规划的五次曲线方程y＝N₀+N₁t+N₂t²+N₃t³+N₄t⁴+N₅t⁵，其中:N₀,N₁,N₂,N₃,N₄,N₅为五次曲线方程的参数，y为横向距离。

五次曲线方程的参数N₀,N₁,N₂,N₃,N₄,N₅的计算方式为：

构造一个矩阵

其中T为步骤2计算得到的时间参数。

构造一个矩阵

其中TargetA0为步骤2计算得到的横向距离，V_i,a_i分别为换道开始时的横向速度和横向加速度(一般取0)，V_f,a_f分别为换道结束时的横向速度和横向加速度(一般取0)。

求解矩阵方程

得到c(1),c(2),c(3)，最后得到五次曲线方程的参数

32、计算出在t时刻的期望横向距离S_target＝N₀+N₁t+N₂t²+N₃t³+N₄t⁴+N₅t⁵；

期望横向速度V_target＝N₁+2N₂t+3N₃t²+4N₄t³+5N₅t⁴；

期望横向加速度A_target＝2N₂+6N₃t+12N₄t²+20N₅t³。

(4)自动变道的横向控制指令生成：

41、利用步骤33计算好的期望横向距离S_target，横向速度V_target，横向加速度A_target，和步骤11得到的本车车速V，计算出t时刻的变道轨迹三次曲线方程参数A0_lc，A1_lc，A2_lc，A3_lc，其中，A0_lc＝S_target；A1_lc＝V_target/V；A2_lc＝A_target/(2*V²)；A3_lc＝0。

42、根据本车车道中心线的三次曲线方程参数A0_lk，A1_lk，A2_lk，A3_lk，得到用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数[A0,A1,A2,A3]＝[A0_lc+A0_lk,A1_lc+A1_lk,A2_lc+A2_lk,A3_lc+A3_lk]。该信息输出到横向控制器，对自动变道进行横向控制。

(5)自动变道完成的判定计算：

根据如下条件判断自动变道是否完成：(a)换道经过的时间大于自动变道横向规划的时间参数T；(b)根据步骤4中得到的用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数A0，判断是否小于阈值A0_Comp，且A0＜A0_Comp的持续时间小于该阈值T_Comp。若条件(a)和条件(b)同时满足，则判断完成自动变道，停止计算自动变道的规划五次曲线和横向控制指令，否则返回步骤22。

本实施例中，一种车辆自动变道的横向路径规划系统，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述控制器调用计算机可读程序，能执行如本实施例中所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的车辆自动变道的横向路径规划系统.

本实施例中，一种存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如本实施例中所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

Claims (4)

1.一种车辆自动变道横向路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)信息处理：

获取决策系统输出的自动变道指令信息，判断是否开始变道，若是，则获取感知系统实时输出的本车车道中心线、目标车道中心线、本车速度V，否则结束流程；

(2)自动变道参数计算：

在自动变道的开始时刻，根据目标车道中心线和本车车道中心线计算出两条中心线的相对横向距离TargetA0，并结合与变道过程快慢的标定量rate，计算用于自动变道横向规划的时间参数T；

(3)自动变道规划五次曲线：

在自动变道过程中的每一时刻，根据目标车道中心线和本车车道中心线的相对横向距离TargetA0和用于自动变道横向规划的时间参数T，计算出五次曲线方程的参数N₀,N₁,N₂,N₃,N₄,N₅；并计算出在t时刻的期望横向距离S_target，期望横向速度V_target，期望横向加速度A_target；

(4)自动变道的横向控制指令生成：

利用期望横向距离S_target、横向速度V_target和横向加速度A_target，计算出t时刻的变道轨迹三次曲线方程参数A0_lc，A1_lc，A2_lc，A3_lc，并结合本车车道中心线的三次曲线方程参数A0_lk，A1_lk，A2_lk，A3_lk，计算出用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数A0，A1，A2，A3并输出到横向控制器，用于对自动变道进行横向控制；

(5)自动变道完成的判定计算：

当同时满足以下两个条件，则认为完成了自动变道：

(a)换道所经过的时间大于自动变道横向规划的时间参数T；

(b)用于横向控制的轨迹三次曲线方程参数A0小于阈值A0_Comp，且持续时间小于阈值T_Comp；

完成自动变道后，停止计算自动变道的规划五次曲线和横向控制指令，否则返回步骤(3)；

所述步骤(1)中，本车车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lk＝A0_lk+A1_lkx+A2_lkx²+A3_lkx³，其中y_lk为横向距离，x为纵向距离，A0_lk、A1_lk、A2_lk、A3_lk为本车车道中心线的三次曲线方程参数；

目标车道中心线，以三次曲线拟合表示，得到y_lt＝A0_lt+A1_ltx+A2_ltx²+A3_ltx³，其中y_lt为横向距离，x为纵向距离，A0_lt、A1_lt、A2_lt、A3_lt为目标车道中心线的三次曲线方程参数；

所述步骤(2)中，自动变道横向规划的时间参数T的计算公式为：

目标车道中心线和本车车道中心线的相对横向距离TargetA0的计算公式为：

TargetA0＝A0_lt-A0_lk；

所述步骤(3)中，五次曲线方程的参数N₀,N₁,N₂，N₃，N₄，N₅的计算方法为：

构造一个矩阵

构造一个矩阵

其中：V_i为换道开始时的横向速度，a_i为换道开始时的横向加速度，V_f为换道结束时的横向速度，a_f为换道结束时的横向加速度；

求解矩阵方程

得到c(1)，c(2),c(3)，最后得到五次曲线方程的参数

所述步骤(3)中，

期望横向距离S_target＝N₀+N₁t+N₂t²+N₃t³+N₄t⁴+N₅t⁵；

期望横向速度V_target＝N₁+2N₂t+3N₃t²+4N₄t³+5N₅t⁴；

期望横向加速度A_target＝2N₂+6N₃t+12N₄t²+20N₅t³；

所述步骤(4)中，A0_lc＝S_target；A1_lc＝V_target/V；A2_lc＝A_target/(2*V²)；A3_lc＝0；

所述步骤(4)中，[A0,A1,A2,A3]＝[A0_lc+A0_lk,A1_lc+A1_lk,A2_lc+A2_lk,A3_lc+A3_lk]。

2.一种车辆自动变道的横向路径规划系统，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，其特征在于：所述控制器调用计算机可读程序，能执行如权利要求1所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

3.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求2所述的车辆自动变道的横向路径规划系统。

4.一种存储介质，其内存储有计算机可读程序，其特征在于：所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如权利要求1所述的车辆自动变道横向路径规划方法的步骤。

Images