CN113071492B

CN113071492B - 建立车道变换操纵的系统方法

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Publication number: CN113071492B
Application number: CN202110012917.3A
Authority: CN
Inventors: T·V·曼楚克; P·A·亚当; G·T·崔; J·M·伯奇
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2024-06-18
Anticipated expiration: 2041-01-06
Also published as: CN113071492A; US20210206377A1; DE102020133412A1; US11292470B2

Abstract

一种建立车道变换操纵的方法，该方法包括以下步骤：计算沿着计划的车辆路线的多个锚点，并基于所述多个锚点生成车道变换操纵轨迹。所述多个锚点可以包括：基于时间的第一锚点、在其处车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道的第二锚点、以及在其处将施加反向转向扭矩以使车辆在目标车道中居中的第三锚点。

Description

建立车道变换操纵的系统方法

引言。

背景技术

盲测已经表明，驾驶员更喜欢最小化横向速度、加速度和加加速度的自动车道变换操纵。然而，驾驶员也报告说这种操纵“感觉不对”，例如，当驾驶员在观察车辆周围环境的同时观察到车辆运动时。因此，期望提供一种系统和方法，该系统和方法满足在自动车道变换期间构成最佳操纵的无意识的人类期望。还期望该系统和方法遵守三分法则计算，以便在部署操纵之前设想最佳轨迹。此外，结合随附附图和本发明的背景，本发明的其他期望的特征和特性将从本发明的后续详细描述和所附权利要求中变得明显。

发明内容

一个或多个计算机的系统可以被配置成通过在系统上安装软件、固件、硬件或它们的组合来执行特定的操作或动作，在操作中导致或引起系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置成通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在被数据处理设备执行时使该设备执行动作。一个总体方面包括一种建立车道变换操纵的方法，该方法包括：计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；以及基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。该方面的其他实施例包括记录在一个或多个计算机存储装置上的对应的计算机系统、设备和计算机程序，每个计算机存储装置被配置成执行方法的动作。

实施方式可包括以下一个或多个特征。该方法还包括基于车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行车道变换操纵的步骤。该方法还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的步骤。该方法中车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。该方法中所述多个锚点中的每个锚点基于以下等式位于计划的车辆路线的纵向方向上：。该方法中所述多个锚点包括：基于时间的第一锚点；相对于第一锚点的第二锚点，在第二锚点处车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道；以及相对于第二锚点的第三锚点，在该第三锚点处将施加反向转向扭矩以使车辆在目标车道中居中。该方法中所述多个锚点中的第二锚点和第三锚点基于以下等式位于计划的车辆路线的横向方向上：。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程，或者计算机可访问介质上的计算机软件。

一个总体方面包括一种建立车道变换操纵的系统，该系统包括：存储器，其被配置成包括一个或多个可执行指令；以及处理器，其被配置成执行可执行指令，其中可执行指令使得处理器能够实施以下步骤：计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；以及基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。该方面的其他实施例包括记录在一个或多个计算机存储装置上的对应的计算机系统、设备和计算机程序，每个计算机存储装置被配置成执行方法的动作。

实施方式可包括以下一个或多个特征。该系统中，可执行指令使得处理器能够基于车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行车道变换操纵的实施附加步骤。该系统中可执行指令使得处理器能够实施验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。该系统中车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。该系统中所述多个锚点中的每个锚点基于以下等式位于计划的车辆路线的纵向方向上：。该系统中所述多个锚点包括：基于时间的第一锚点；相对于第一锚点的第二锚点，在第二锚点处车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道；以及相对于第二锚点的第三锚点，在第三锚点处将施加反向转向扭矩以使车辆在目标车道中居中。所述系统中所述多个锚点中的第二锚点和第三锚点基于以下等式位于计划的车辆路线的横向方向上：。所描述的技术的实施方式可包括硬件、方法或过程，或者计算机可访问介质上的计算机软件。

一个总体方面包括一种其上存储有可执行指令的非暂时性且机器可读介质，所述可执行指令适于建立车道变换操纵，当所述可执行指令被提供给处理器并由其执行时，使得处理器实施以下步骤：计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；以及基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。该方面的其他实施例包括记录在一个或多个计算机存储装置上的对应的计算机系统、设备和计算机程序，每个计算机存储装置被配置成执行方法的动作。

实施方式可能包括一个或多个以下特征。非暂时性且机器可读存储器还包括基于车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行车道变换操纵的附加步骤。非暂时性且机器可读存储器还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。所述非暂时性且机器可读存储器，其中车道变换操纵轨迹与多个锚点中的每个锚点重叠。所述非暂时性且机器可读存储器，其中所述多个锚点包括：基于时间的第一锚点；相对于第一锚点的第二锚点，在第二锚点处车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道；以及相对于第二锚点的第三锚点，在第三锚点处将施加反向转向扭矩以使车辆在目标车道中居中。所述非暂时性且机器可读存储器，其中所述多个锚点中的每个锚点基于以下内容位于计划的车辆路线的纵向方向上：。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程，或者计算机可访问介质上的计算机软件。

本发明提供了以下技术方案：

1. 一种建立车道变换操纵的方法，所述方法包括：

计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；和

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。

2. 根据技术方案1所述的方法，还包括基于所述车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行所述车道变换操纵的步骤。

3. 根据技术方案1所述的方法，还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的步骤。

4. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。

5. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述多个锚点中的每个锚点基于以下内容位于所述计划的车辆路线的纵向方向上：

。

6. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

相对于第一锚点的第二锚点，在所述第二锚点处所述车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道；和

相对于第二锚点的第三锚点，在所述第三锚点处将施加反向转向扭矩以使车辆在所述目标车道中居中。

7. 根据技术方案6所述的方法，其中，所述多个锚点中的所述第二锚点基于以下内容位于所述计划的车辆路线的横向方向上：

。

8. 一种建立车道变换操纵的系统，所述系统包括：

被配置成包括一个或多个可执行指令的存储器和被配置成执行所述可执行指令的处理器，其中，所述可执行指令使得所述处理器能够实施以下步骤：

计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；和

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。

9. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述可执行指令使得所述处理器能够基于所述车道变换操纵轨迹实施通过自主车辆执行车道变换操纵的附加步骤。

10. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述可执行指令使得所述处理器能够实施验证所述车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。

11. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。

12. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述多个锚点中的每个锚点基于以下内容位于所述计划的车辆路线的纵向方向上：

。

13. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

相对于所述第一锚点的第二锚点，在所述第二锚点处所述车辆将从主车道穿过车道边界到目标车道；和

相对于所述第二锚点的第三锚点，在所述第三锚点处将施加反向转向扭矩以使车辆在所述目标车道中居中。

14. 根据技术方案13所述的系统，其中，所述多个锚点中的第二锚点基于以下内容位于所述计划的车辆路线的横向方向上：

。

15. 一种其上存储有适于建立车道变换操纵的可执行指令的非暂时性且机器可读介质，所述可执行指令当被提供给处理器并由其执行时，使所述处理器实施以下步骤：

计算沿着所述计划的车辆路线的多个锚点；以及

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹。

16. 根据技术方案15所述的非暂时性且机器可读存储器，还包括基于所述车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行车道变换操纵的附加步骤。

17. 根据技术方案15所述的非暂时性且机器可读存储器，还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。

18. 根据技术方案15所述的非暂时性且机器可读存储器，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。

19. 根据技术方案15所述的非暂时性且机器可读存储器，其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

20. 根据技术方案15所述的非暂时性且机器可读存储器，其中，所述多个锚点中的每个锚点基于以下内容位于所述计划的车辆路线的纵向方向上：

。

当结合附图时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从以下用于实施教导的详细描述中变得显而易见。

附图说明

下文将结合以下绘制的附图描述所公开的示例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是描绘能够利用本文公开的系统和方法的电子系统的示例性实施例的框图；

图2是根据图1的通信系统的实施例的具有自主能力的车辆的示意图；

图3是用于图2的车辆的示例性自动驾驶系统（ADS）的示意性框图；

图4是利用本文公开的示例性系统和方法方面的示例性流程图；

图5是图4的过程流程的说明性方面；以及

图6是图4的过程流程的另一个说明性方面。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。这些数字不一定是按比例的；一些特征可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的那样，参考任何一个附图图示和描述的各种特征可以与一个或多个其他图中图示的特征相结合，以产生没有明确图示或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式是期望的。

参考图1，车辆12在图示的实施例中被描绘为运动型多功能车（SUV），但是应当理解，也可以使用任何其他交通工具，包括摩托车、卡车、乘用车、休闲车（RV）、船舶、飞机（包括无人驾驶飞行器（UAV））等。在某些实施例中，车辆12可包括动力传动系统，该动力传动系统具有多个通常已知的扭矩产生装置，包括例如发动机。发动机可以是内燃机，其使用一个或多个气缸来燃烧燃料，诸如汽油，以便推进车辆12。动力传动系统可替代地包括许多电动马达或牵引马达，它们将电能转换成机械能，以用于推进车辆12。

在图1中总体示出了一些车辆电子设备20，并且其包括全球导航卫星系统（GNSS）接收器22、车身控制模块或单元（BCM）24和其他车辆系统模块（VSM）28、远程信息处理单元30、车辆-用户接口50-58和车载计算机60。一些或所有不同的车辆电子设备可以经由一条或多条通信总线（诸如，通信总线59）相互通信。通信总线59使用一个或多个网络协议为车辆电子设备提供网络连接，并且可以使用串行数据通信架构。合适的网络连接的示例包括控制器局域网（CAN）、面向媒体的系统传输（MOST）、本地互连网络（LIN）、局域网（LAN）和其他适当的连接，诸如以太网或符合已知的ISO、SAE和IEEE标准和规范的其他连接，仅举几个示例。在其他实施例中，可以使用使用短程无线通信（SRWC）与车辆的一个或多个VSM通信的无线通信网络。在一个实施例中，车辆12可以使用硬连线通信总线59和SRWC的组合。例如，可以使用远程信息处理单元30来实施SRWC。

车辆12可以包括作为车辆电子设备20的一部分的许多车辆系统模块（VSM），诸如GNSS接收器22、BCM 24、远程信息处理单元30（车辆通信系统）、车辆-用户接口50-56和车载计算机60，如将在下面详细描述的。车辆12还可以包括位于车辆各处的呈电子硬件部件形式的其他VSM 28，其可以从一个或多个传感器接收输入，并使用感测到的输入来执行诊断、监控、控制、报告和/或其他功能。每个VSM 28通过通信总线59硬连线连接到包括远程信息处理单元30的其他VSM。此外，每个VSM可以包括和/或通信地耦合到合适的硬件，该硬件使得能够通过通信总线59实施车内通信；这种硬件可以包括例如总线接口连接器和/或调制解调器。一个或多个VSM 28可以定期或偶尔更新其软件或固件，并且在一些实施例中，这种车辆更新可以是经由陆地网络（未示出）和远程信息处理单元30从远程计算机或设施接收的空中（OTA）更新。如本领域技术人员所理解的，上述VSM仅仅是可以在车辆12中使用的一些模块的示例，因为许多其他模块也是可能的。还应理解，这些VSM也可以另外称为电子控制单元或ECU。

全球导航卫星系统（GNSS）接收器22从GNSS卫星星座（未示出）接收无线电信号。GNSS接收器22可以被配置成与各种GNSS实施方式一起使用，包括美国的全球定位系统（GPS）、中国的北斗导航卫星系统（BDS）、俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）、欧洲联盟的伽利略以及各种其他导航卫星系统。例如，GNSS接收器22可以是GPS接收器，其可以从GPS卫星星座（未示出）接收GPS信号。并且，在另一个示例中，GNSS接收器22可以是从GNSS（或BDS）卫星星座接收多个GNSS（或BDS）信号的BDS接收器。接收的GNSS可以基于从GNSS卫星星座接收的多个GNSS信号来确定当前车辆位置。车辆位置信息然后可以被传送到远程信息处理单元30或其他VSM，诸如车载计算机60。在一个实施例中（如图1所示），无线通信模块30和/或远程信息处理单元可以与GNSS接收器22集成，使得例如GNSS接收器22和远程信息处理单元30（或无线通信装置）彼此直接连接，而不是经由通信总线59连接。在其他实施例中，GNSS接收器22是单独的独立模块，或者除了经由通信总线59连接到远程信息处理单元30的单独的独立GNSS接收器之外，还可以有集成到远程信息处理单元30中的GNSS接收器22。

车身控制模块（BCM）24可以用于控制车辆的各种VSM 28，并获取关于VSM的相关信息，包括其当前一个状态或多个状态，以及传感器信息。在图1的示例性实施例中，BCM 24被示为电耦合到通信总线59。在一些实施例中，BCM 24可与中央堆栈模块（CSM）集成或作为中央堆栈模块的一部分，和/或与远程信息处理单元30或车载计算机60集成。或者，BCM可以是经由总线59连接到其他VSM的单独的装置。BCM 24可以包括处理器和/或存储器，其可以类似于远程信息处理单元30的处理器36和存储器38，如下所述。BCM 24可与无线装置30和/或一个或多个车辆系统模块通信，诸如发动机控制模块（ECM）、驾驶员监控系统71、音频系统56或其他VSM 28；在一些实施例中，BCM 24可以经由通信总线59与这些模块通信。存储在存储器中并可由处理器执行的软件使得BCM能够指导一个或多个车辆功能或操作，包括例如控制中央锁定、控制电子停车制动器、为天窗/活动车顶、车辆前照灯、空调操作、电动后视镜供电、控制车辆原动机（例如，发动机、主推进系统）和/或控制各种其他车辆系统模块（VSM）。

车载计算机60也可以称为电子控制单元（ECU），并控制车辆12的一个或多个电气系统或子系统。如下所述，车载计算机60用作中央车辆计算机，其可以用于实施各种车辆任务。此外，一个或多个其他VSM可以与车载计算机60结合或由车载计算机60控制。这些VSM包括但不限于发动机控制模块（ECM）、动力传动系统控制模块（PCM）、变速器控制模块（TCM）、车身控制模块（BCM）、制动器控制模块（EBCM）、中央控制模块（CSM）、中央正时模块（CTM）、通用电子模块（GEM）、车身控制模块（BCM）和悬架控制模块（SCM）。

远程信息处理单元30能够通过使用SRWC电路32经由SRWC和/或通过使用蜂窝芯片组34经由蜂窝网络通信来传送数据，如所示实施例中所描绘的。远程信息处理单元30可以提供车辆12的各种VSM和车辆12外部的一个或多个装置（诸如远程呼叫中心处的一个或多个网络或系统（例如，通用汽车公司的ON-STAR））之间的接口。这使得车辆能够与远程呼叫中心处的远程系统进行数据或信息通信。

在至少一个实施例中，远程信息处理单元30还可以用作中央车辆计算机，其可以用于实施各种车辆任务。在这样的实施例中，远程信息处理单元30可以与车载计算机60集成，使得车载计算机60和远程信息处理单元30是单个模块。或者，除了车载计算机60之外，远程信息处理单元30可以是用于车辆12的单独的中央计算机。此外，无线通信装置可以与其他VSM结合或作为其他VSM的一部分，诸如中央堆栈模块（CSM）、车身控制模块（BCM）24、信息娱乐模块、头部单元、远程信息处理单元和/或网关模块。在一些实施例中，远程信息处理单元30是独立的模块，并且可以被实施方式为安装在车辆中的原始设备制造商安装的（嵌入式）装置或售后装置。

在所示实施例中，远程信息处理单元30包括SRWC电路32、蜂窝芯片组34、处理器36、存储器38、SRWC天线33和天线35。远程信息处理单元30可以被配置成根据一个或多个SRWC协议进行无线通信，所述协议诸如是Wi-Fi™、WiMAX™、Wi-Fi™ Direct、其他IEEE802.11协议、ZigBee™、蓝牙™、蓝牙™低能量（BLE）或近场通信（NFC）中的任一种。如本文所用，“蓝牙™”是指任何蓝牙™技术，诸如蓝牙低能耗™（BLE）、蓝牙™4.1、蓝牙™4.2、蓝牙™5.0以及可能开发的其他蓝牙™技术。如本文所用，Wi-Fi™或Wi-Fi™技术是指任何Wi-Fi™技术，诸如IEEE 802.11b/g/n/ac或任何其他IEEE 802.11技术。并且，在一些实施例中，远程信息处理单元30可以被配置成使用IEEE 802.11p进行通信，使得车辆可以实施车辆对车辆（V2V）通信、或者车辆对基础设施（V2I）与基础设施系统或装置的通信，诸如在远程呼叫中心处。并且，在其他实施例中，其他协议可以用于V2V或V2I通信。

SRWC电路32使得远程信息处理单元30能够发送和接收SRWC信号，诸如BLE信号。SRWC电路可以允许远程信息处理单元30连接到另一个SRWC装置（例如，智能电话）。另外，在一些实施例中，远程信息处理单元30包含蜂窝芯片组34，从而允许装置通过天线35经由一个或多个蜂窝协议（诸如，蜂窝运营商系统70所使用的那些协议）进行通信。在这种情况下，远程信息处理单元30是可以用于经由蜂窝载波系统70实施蜂窝通信的用户设备（UE）。

天线35用于通信，并且通常已知在远程信息处理单元30外部的一个或多个位置处位于车辆12各处。使用天线35，远程信息处理单元30可以使得车辆12能够经由分组交换数据通信与一个或多个本地或远程网络（例如，远程呼叫中心或服务器处的一个或多个网络）通信。这种分组交换数据通信可以通过使用经由路由器或调制解调器连接到陆地网络的非车辆无线接入点或蜂窝系统来实施。当用于诸如TCP/IP的分组交换数据通信时，通信装置30可以配置有静态网际协议（IP）地址，或者可以被设置成自动从网络上的另一个装置（诸如，路由器或网络地址服务器）接收分配的IP地址。

分组交换数据通信也可以经由使用可由远程信息处理单元30访问的蜂窝网络来实施。通信装置30可以经由蜂窝芯片组34在无线载波系统70上传送数据。在这种情况下，无线电传输可以用于建立与无线载波系统70的通信信道，诸如语音信道和/或数据信道，使得语音和/或数据传输可以在信道上发送和接收。数据可以经由数据连接发送，诸如经由数据信道上的分组数据传输，或者使用本领域已知的技术经由语音信道发送。对于涉及语音通信和数据通信两者的组合服务，系统可以利用语音信道上的单个呼叫，并根据需要在语音信道上的语音和数据传输之间切换，并且这可以使用本领域技术人员已知的技术来完成.

处理器36可以是能够处理电子指令的任何类型的装置，包括微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器和专用集成电路（ASIC）。它可以是仅用于通信装置30的专用处理器，或者可以与其他车辆系统共享。处理器36执行各种类型的数字存储指令，诸如存储在存储器38中的软件或固件程序，这使得远程信息处理单元30能够提供多种多样的服务。例如，在一个实施例中，处理器36可以执行程序或处理数据来实施本文讨论的方法的至少一部分。存储器38可包括任何合适的非暂时性计算机可读介质；这些包括不同类型的RAM（随机存取存储器，包括各种类型的动态RAM（DRAM）和静态RAM（SRAM））、ROM（只读存储器）、固态驱动器（SSD）（包括其他固态存储装置，诸如固态混合驱动器（SSHD））、硬盘驱动器（HDD）、磁盘或光盘驱动器，其存储实施本文讨论的各种外部装置功能所需的一些或全部软件。在一个实施例中，远程信息处理单元30还包括用于通过通信总线59传送信息的调制解调器。

车辆电子设备20还包括数个车辆用户界面，其为车辆乘客提供提供和/或接收信息的装置，包括视觉显示器50、按钮52、麦克风54、音频系统56和摄像机58。如本文所使用的，术语“车辆-用户界面”广泛地包括任何合适形式的电子装置，包括硬件和软件部件两者，其位于车辆上并且使得车辆用户能够与车辆的部件通信或者通过车辆的部件进行通信。按钮52允许用户手动输入通信装置30中，以提供其他数据、响应和/或控制输入。音频系统56向车辆乘客提供音频输出，并且可以是专用的、独立的系统或主要车辆音频系统的一部分。根据一个实施例，音频系统56可操作地耦合到车辆总线59和娱乐总线（未示出）两者，并且可以提供AM、FM和卫星广播、CD、DVD和其他多媒体功能。该功能可以与信息娱乐模块结合或独立提供。麦克风54向远程信息处理单元30提供音频输入，以使得驾驶员或其他乘客能够经由无线载波系统70提供语音命令和/或实施免提呼叫。为此目的，它可以利用本领域已知的人机界面（HMI）技术连接到车载自动语音处理单元。视觉显示器或触摸屏50优选地是图形显示器，并且可以用于提供多种输入和输出功能。显示器50可以是仪表板上的触摸屏、从挡风玻璃反射的平视显示器、将图像从车厢天花板投影到挡风玻璃上的视频投影仪或一些其他显示器。例如，显示器50可以是位于车辆内部中央控制台处的车辆信息娱乐模块的触摸屏。也可以利用各种其他车辆用户界面，因为图1的界面只是一个特定实施方式的示例。

摄像机58可以是数字类型的，并且可以捕获一个或多个图像，然后这些图像可以被传输到远程信息处理单元30和处理器36。摄像机58可以安装在任何可接受的位置处，以观察车辆操作员68的头部位置。例如，在一个或多个实施例中，摄像机58可以安装在仪表板、方向盘（或转向柱）或后视镜上，并且是驾驶员监控系统（DMS）的一部分。DMS（也称为驾驶员注意力监视器或DAM）是一种车辆安全系统，它实施摄像机58以及其他红外传感器来监控车辆操作员的注意力。DMS还可以部署面部识别软件来监控车辆操作员的眼睑位置，以检测他们是否变得昏昏欲睡。如果车辆操作员似乎没有注意到道路或者似乎变得昏昏欲睡，则DMS可以通过在车辆内部提供一个或多个通知（例如，经由显示器50的视觉通知、经由音频系统56的听觉通知或者经由安装在驾驶员座椅中的压电装置的触觉通知）来警告驾驶员。

如图2所示，车辆12的一个或多个实施例可包括实施自主驾驶模式的特征。对于这样的实施例，除了上面讨论的系统之外，车辆12还包括变速器214，变速器214被配置成根据可选择的速比将动力从推进系统213传递到多个车轮215。根据各种实施例，变速器214可以包括有级变速器、无级变速器或其他适当的变速器。车辆12还包括车轮制动器217，其被配置成向车轮215提供制动扭矩。在各种实施例中，车轮制动器217可包括摩擦制动器、诸如电机的再生制动系统和/或其他适当的制动系统。车辆12还包括转向系统216。应当理解，这些系统中的每一者也可手动操作，例如，当车辆12处于手动操作模式时，或者当自主驾驶模式出于紧急目的被超越（override）时。

远程信息处理单元30还被配置成与其他车辆（“V2V”）和/或基础设施（“V2I”）和/或行人（“V2P”）无线通信。这些通信可统称为车辆与实体通信（“V2X”）。在示例性实施例中，除了上面列举的通信信道之外，该通信系统还被配置成经由至少一个专用短程通信（DSRC）信道进行通信。DSRC信道是指专为汽车使用以及对应的一组协议和标准而设计的单向或双向短程至中程无线通信信道。

当车辆12处于这种自主驾驶模式时，推进系统213、变速器214、转向系统216和车轮制动器217将与至少一个控制器222通信或受其控制。虽然为了说明的目的被描绘为单个单元，但是控制器222可另外包括一个或多个其他控制器，统称为“控制器”。控制器222也可嵌入远程信息处理单元30、BCM 24和/或车载计算机60中。

控制器222可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器，诸如中央处理单元（CPU）或图形处理单元（GPU）。例如，计算机可读存储装置或介质可包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和保活存储器（KAM）中的易失性和非易失性存储装置。KAM是持久或非易失性存储器，其可用于在CPU断电时存储各种操作变量。计算机可读存储装置或介质可使用数种已知存储器装置中的任何一种来实施，所述存储器装置诸如是PROM（可编程只读存储器）、EPROM（电PROM）、EEPROM（电可擦除PROM）、闪存或能够存储数据的任何其他电、磁、光或组合存储器装置，其中一些表示控制器222在控制车辆时使用的可执行指令。

控制器222包括自动驾驶系统（ADS）224，用于在处于自主模式下时自动控制车辆中的各种致动器。自主模式已被分类为范围为从对应于无自动化（即完全人控制）的零（0）到对应于没有人工控制的完全自动化的五（5）的数字级别。自主模式，诸如巡航控制、自适应巡航控制以及车道和停车辅助系统，对应于较低的自动化水平，而真正的“无人驾驶”车辆对应于较高的自动化水平（实施下面讨论的系统）。

配备有二级和三级系统的自主模式车辆可以处理较小的动态驾驶任务，但仍然需要来自人的干预，并且在某些情况下可能需要来自人的辅助。如上所述，已知的二级和三级系统的示例包括自适应巡航控制和车道辅助系统，其控制驾驶体验的某些方面，尽管人的手物理地在方向盘上。其他示例包括智能停车辅助系统（IPAS），它使得车辆能够在很少或没有来自人的输入的情况下自动转向到停车位中。另一方面，四级系统表示“高度自动化”，指的是自动驾驶系统在动态驾驶任务的所有方面的特定驾驶模式性能，即使人类驾驶员没有适当地响应于干预请求。此外，五级系统表示“完全自动化”，指的是自动驾驶系统在可以由人类驾驶员管理的所有道路和环境条件下对动态驾驶任务的所有方面的全时性能。

在示例性实施例中，ADS 224被配置成与推进系统213、变速器214、转向系统216和车轮制动器217通信自动驾驶信息并控制推进系统213、变速器214、转向系统216和车轮制动器217，以响应于来自多个驾驶传感器226的输入，经由多个致动器230分别控制车辆加速、转向和制动而没有人工干预，所述多个驾驶传感器226可以包括GPS、RADAR、LIDAR、光学摄像机、热摄像机、超声波传感器和/或视情况而定的附加传感器。在各种实施例中，ADS224的指令可通过功能或系统来组织。例如，如图3所示，（尤其是当车辆12被配备成提供四级或五级自动化时），ADS 224可以包括传感器融合系统232（计算机视觉系统）、定位系统234、引导系统236和车辆控制系统238。如可以理解的，在各种实施例中，指令可以被组织到任何数量的系统中（例如，组合、进一步划分等），因为本公开不限于本示例。

在各种实施例中，传感器融合系统232合成并处理传感器数据，并预测物体的存在、位置、分类和/或路径以及车辆12的环境特征。在各种实施例中，传感器融合系统232可以结合来自多个传感器的信息，包括但不限于摄像机、LIDAR、雷达和/或任何数量的其他类型的传感器。在本文描述的一个或多个示例性实施例中，传感器融合系统232支持或以其他方式执行地面参考确定过程，并且使用与相应摄像机和参考系的配对相关联的校准转换参数值将图像数据与LIDAR点云数据、车辆参考系或一些其他参考坐标系相关联，以将LIDAR点与像素位置相关联，为图像数据分配深度，识别图像数据和LIDAR数据中的一个或多个中的物体，或者以其他方式合成相关联的图像数据和LIDAR数据。换句话说，从传感器融合系统232提供给车辆控制系统238的传感器输出（例如，检测到的物体和/或它们相对于车辆12的位置的标记）反映了摄像机图像、LIDAR点云数据等之间的校准和关联，或者以其他方式受其影响。

定位系统234处理传感器数据以及其他数据，以确定车辆12相对于环境（例如，相对于地图的本地位置、相对于道路车道的确切位置、车辆航向、速度等）的位置。引导系统236处理传感器数据以及其他数据，以确定车辆12要遵循的路径（即，路径规划数据）。车辆控制系统238根据确定的路径生成用于控制车辆12的控制信号。

在各种实施例中，控制器222实施机器学习技术来辅助控制器222的功能，诸如特征检测/分类、障碍物缓解、路线穿越、映射、传感器集成、地面真实度确定等。

当自动驾驶模式被激活时，控制器222的输出被传送到致动器230。在示例性实施例中，致动器230包括转向控制、换档控制、节气门控制和制动控制。例如，当处于自主驾驶模式时，转向控制可以控制转向系统216，如图2所示。例如，当处于自主驾驶模式时，换档控制器可以控制变速器214，如图2所示。例如，当处于自主驾驶模式时，节气门控制可以控制推进系统213，如图2所示。制动控制可以例如在处于自主驾驶模式下时控制车轮制动器217，如图2所示。

方法

现在转到图4，示出了方法400的实施例，该方法400用于优化车道变换操纵，使得该操纵考虑了车辆操作员在变换车道时对车辆运动的感知和车辆操作员在车辆12内的相对位置之间的差异。操纵方法400的一个或多个方面可以由远程信息处理单元30实施。例如，为了实施方法400的一个或多个方面，存储器38包括存储在其上的可执行指令，并且处理器36执行这些可执行指令。操纵方法400的一个或多个附加方面可由实施自动驾驶系统（ADS）224的控制器222来实施。方法400的一个或多个辅助方面也可由一个或多个车辆装置完成，诸如，例如控制推进系统213、变速器214、转向系统216和车轮制动器217。

进一步参考图5，方法400开始于401，其中车辆12沿着道路509的一段自主穿越。在步骤410，收集来自驾驶传感器226的传感器数据和车辆位置数据（例如，经由GNSS接收器22）。然后，该数据被用于定制对沿着道路509的当前“场景”的理解。例如，该数据可以用于确定车辆前方的道路看起来像什么（笔直的、向左弯曲的、向右弯曲的）、车辆12相对于道路509的其余部分的当前位置、以及每个给定车道（例如，主车道和目标车道）的车道标记的曲率。本领域技术人员将会看到为计划的车辆路线计算路线特性是众所周知的。本领域技术人员也将理解车道曲率可以通过一个或多个已知的车道地图融合（LMF）技术来识别。

另外，在该步骤中，可以确定目标车道513以知道车辆12将要变换车道的方向（其中目标车道513在车辆的左侧或右侧），并因此初始化车道变换轨迹的设想。当车辆12包括二级和三级系统（例如，已知的按需车道变换特征）时，由车辆操作员通过他们对转向信号杆的操作来手动确定期望的目标车道513侧。这样，车辆的车道变换轨迹将基于车辆操作员是否操作他们的转向信号杆来指示车辆12的右侧或左侧的车道变换（即，指示目标车道在车辆12的右侧或左侧）而被初始化和发展。

当车辆12包括四级和五级系统时，期望目标车道13的确定完全由车辆12进行（例如，经由远程信息处理单元30和/或ADS 224）。如下所示，当前行驶弧的期望侧是几何确定。例如，如果车辆12当前在向右弯曲的道路上并且车辆12正试图将车道变换为车辆右侧的目标车道513，则车辆12应试图朝向内弯道弧移动（以有效地减小转弯半径）。此外，如果车辆12当前在向左弯曲的道路上并且车辆12正试图将车道变换为车辆12左侧的目标车道513，则车辆12也应试图朝向内弯道弧移动。替代地，相反的逻辑适用于车辆12正沿着向目标车道513的相反方向弯曲的道路行驶的情况。例如，当车辆12正试图移动到车辆左侧的目标车道而道路向车辆右侧弯曲时，则车辆12将朝向外弯道弧移动（以有效地增加转弯半径）。此外，当车辆12正试图移动到车辆右侧的目标车道同时道路向车辆左侧弯曲时，车辆12也将朝向外弯道弧移动（以有效地增加转弯半径）。

在步骤420中，车辆12将通过计算沿着计划的车辆路线511的多个锚点510来进一步设想车辆轨迹的过程。在一个或多个实施例中，车辆12将实施三分法则技术来计算这些锚点。这样，在这些一个或多个实施例中，车道变换轨迹将被分解（如图所示）成3×3网格格式，以导出三个不同的锚点（中枢点——510’、510”、510”’）。应当理解，这种三分法则技术被设计成满足车辆操作员的与他们对车辆运动的感知相关联的心理约束，因为他们的视点偏向车辆主车道的中心线左侧。

另外，在该步骤中，车辆12将计算第一锚点（p1）510’。该第一锚点510’可以基于以下公式：

其中t_LCoD是完成车道变换操纵所需的时间（即按需车道变换），并且v_x是车辆12的速度（即车辆12在整个车道变换操纵中的平均速度）。例如，当车辆12分配九（9）秒用于完全车道变换操纵时（t_LCoD = 9秒）时，第一锚点510’将在车辆12的当前位置之前三（3）秒（在时间= t₀处示出）。因此，如果车辆12正以每秒30米的平均速率移动，那么第一锚点510’将在纵向方向上相对于车辆当前位置（时间= t₀处的位置）90米远。

第一锚点510’的横向位置可以基于以下公式计算：

其中W_t是目标车道513的宽度（即，车辆12在时间= t₂时正试图在其中行驶的车道），并且W_h是主车道514的宽度（即，车辆12在t₀时在其中行驶的车道）。这样，该锚点510’的横向距离通过取目标车道513和主车道514的宽度之和的六分之一来实现。例如，当主车道513和目标车道514的宽度各为3.6米时，第一锚点510’将在时间= t₀（即车辆12的起始位置）处所示的车辆位置的左侧或右侧1.2米处。

车辆12还可选择驾驶员将感觉到的车道变换操纵所处的校准角度，但不选择驾驶员将感觉到过度的校准角度。例如，当车辆12完全平行于车道标志行驶时，车辆12然后可以实施校准角度，该校准角度是百分之几的航向变化，以便允许车道变换如此平缓，以至于大多数车辆操作员（和车辆乘客）几乎不会注意到车道变换操纵的发生。该校准角度在图5中通过网格512从时间t₀到时间t₁的逆时针旋转来表示。如下所述，网格512的旋转越剧烈，车辆操作员（和车辆乘客）应该越能感觉到车道变换操纵。因此，校准角度和校准角度的变化率（动态地）馈送到横向加速度和加加速度中。

在步骤430，车辆12将计算第二锚点（p2）510”。该第二锚点被认为是车辆将要穿过主车道514和目标车道513之间的车道边界的点。第二锚点510”的纵向位置也可以基于公式（如上所述）：

。

如下，当车辆12分配九（9）秒用于完全车道变换操纵时（t_LCoD = 9秒），第二锚点510”将在车辆起始位置之前六（6）秒。因此，如果车辆12正以每秒30米的速度移动，那么第二锚点510’将在纵向上相对于车辆的起始位置（在时间= t₀）180米远，并且在纵向上相对于第一锚点的位置（在时间= t₁）90米远。

第二锚点510”的横向位置可以基于以下公式计算：

。

这样，该锚点510”的横向距离通过取目标车道513和主车道514的宽度之和的四分之一来实现。例如，当主车道513和目标车道514的宽度各自为3.6米时，第二锚点510”将在车辆12的起始位置的左侧或右侧1.8米处。还应当理解，第一锚点510’的位置将对第二锚点510”的位置产生影响。因此，第二锚点510”是相对于第一锚点510’的。

在步骤440，车辆12将计算第三锚点（p3）510”’。该第三锚点510”’被认为是在目标车道513中行驶时将施加反向转向扭矩以使车辆12居中的点。本质上，这将是车辆12将钩（hook）应用于校准器以产生反向转向效果的位置（这导致方向盘转向与当前航向相反的方向，并因此使目标车道513内的主车辆直行）。第三锚点510”’的纵向位置也可以基于以下公式：

。

如下，当车辆12分配九（9）秒用于完全车道变换操纵时（t_LCoD = 9秒），第三锚点510”’将在车辆起始位置之前九（9）秒。因此，如果车辆12正以每秒30米的速度移动，那么第三锚点510”将在纵向方向上相对于车辆的起始位置（在时间= t₀）为270米，在纵向上相对于第一锚点510’的位置（在时间= t₁处）为180米，并且在纵向方向上相对于第二锚点的位置（在时间= t₂处）为90米。

第三锚点510”’的横向距离也将基于公式：

。

如下，当主车道513和目标车道514的宽度各自为3.6米时，第三锚点510”’的横向位置（在时间= t₂处）将在车辆12的起始位置的左侧或右侧2.4米。应当理解，第一锚点（p1）510’和第三锚点（p3）510”’与第二锚点（p2）510”等距间隔，在这种情况下为0.6米，并且这导致车道变换轨迹512的网格格式的保留。还应当理解，第一和第二锚点510’和510”的位置将对第三锚点510”的位置产生影响。因此，第三锚点510”’相对于第二锚点510”，第二锚点510”相对于第一锚点510’。

在步骤450中，另外参考图6，车辆12将生成与每一个锚点510重叠的设想的车道变换轨迹515。该生成的轨迹515也可至少暂时存储在存储器38中。在该步骤中，车辆12还将确定符合锚点510的车道变换轨迹是否符合一个或多个车辆动力学阈值。这些车辆动力学阈值可以由校准/性能团队提供，并且可以指定被认为是车辆12可接受的最大横向速度、加速度和加加速度。这些阈值也可以存储在存储器38中。例如，车辆12（远程信息处理单元30）可以穿过针对该轨迹的每个计算的锚点510，并基于当前或预期的纵向速度计算相对横向速度、加速度和加加速度。当满足所有约束时，方法400将移动到步骤460；否则方法400将移动到任选步骤455。

在任选步骤455中，车辆12将调整每个锚点510以校正车辆动力学阈值。如下所述，一个或多个锚点510可沿着车道变换操纵的轨迹移动到将符合车辆动力学阈值的位置。这些调整位置还将确保每个锚点位置符合上述三分法则公式。因此，当锚点510中的一个被调整以校正车辆动力学阈值时，每个后续的锚点位置510将受到影响。在步骤460中，经由ADS224，车辆12将自主实施符合所生成的车道变换轨迹的车道变换操纵。在步骤460之后，方法400移动到完成402。

虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性的词语，而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成可能没有被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为在一个或多个期望的特性方面提供了优于其他实施例或现有技术实施方式的优点或是优选的，但是本领域的普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可以被折衷以实施方式期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，在一个或多个特性方面，被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式令人期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言是令人期望的。

为了便于描述，本文可使用空间上相对的术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了附图中描绘的取向之外，空间上相对的术语可能意在涵盖使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征下面”的元件将被定向为“在其他元件或特征上方”。因此，示例性术语“下方”可以既包括上方也包括下方的取向。该装置可以以其他方式定向（旋转90度或处于其他取向），并且本文使用的空间相对描述符相应地进行解释。

权利要求中列举的元素都不是《美国法典》第35篇第112（f）节所指的装置加功能元素，除非在权利要求中使用短语“用于……的装置”明确列举元素，或者在方法权利要求中使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”。

Claims

1.一种建立车道变换操纵的方法，所述方法包括：

计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；和

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹，

其中，所述多个锚点中的每个锚点基于以下等式位于所述计划的车辆路线的纵向方向上：

其中t_LCoD是完成车道变换操纵所需的时间，v_x是车辆的速度，且p_long是每个锚点相对于上一个锚点的纵向位置，

其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行所述车道变换操纵的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个锚点中的所述第二锚点基于以下等式位于所述计划的车辆路线的横向方向上：

其中W_t是目标车道的宽度，W_h是主车道的宽度，且p_lat是第二锚点相对于车辆起始位置的横向位置。

6.一种建立车道变换操纵的系统，所述系统包括：

计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；和

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹，

其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述可执行指令使得所述处理器能够基于所述车道变换操纵轨迹实施通过自主车辆执行车道变换操纵的附加步骤。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述可执行指令使得所述处理器能够实施验证所述车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多个锚点中的第二锚点基于以下等式位于所述计划的车辆路线的横向方向上：

，

11.一种其上存储有适于建立车道变换操纵的可执行指令的非暂时性且机器可读介质，所述可执行指令当被提供给处理器并由其执行时，使所述处理器实施以下步骤：

计算沿着计划的车辆路线的多个锚点；以及

基于所述多个锚点，生成车道变换操纵轨迹，

其中，所述多个锚点包括：

基于时间的第一锚点；

12.根据权利要求11所述的非暂时性且机器可读存储器，还包括基于所述车道变换操纵轨迹通过自主车辆执行车道变换操纵的附加步骤。

13.根据权利要求11所述的非暂时性且机器可读存储器，还包括验证车道变换操纵轨迹符合一个或多个车辆动力学阈值的附加步骤。

14.根据权利要求11所述的非暂时性且机器可读存储器，其中，所述车道变换操纵轨迹与所述多个锚点中的每个锚点重叠。