单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统及方法与流程

本发明属于自动驾驶技术，具体涉及一种单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统及方法。

背景技术：

高速公路单车道自动驾驶实现的原理是依靠雷达和摄像头对两侧的车道线、本车道前方目标车等信息进行识别，并将识别的信息传送给中央决策模块，中央决策模块根据对中原则，在两条车道线的中间规划出行车轨迹，车辆按照这条行车轨迹实现单车道自动驾驶。即此时路径规划的原则仅仅根据本车道两条车道线信息，而不会考虑相邻车道(紧邻本车道的左右一个车道，有可能只有左边一个车道，或者只有右边一个车道，或者左右两个车道，以下简称相邻车道)的车辆信息。

由于行车轨迹仅仅是根据本车道两侧车道线的中间线进行规划，当相邻车道的车辆距离本车道过近或者占压本车道的车道线的情况下(此时还不能被传感器识别为本车道的目标)，如果还是以两侧车道线的中间线原则进行路径规划，在超越相邻车道车辆过程中，由于与相邻车道车辆距离过近，会给驾驶员造成危险的感觉，自动驾驶功能的舒适性就会被降低，甚至由于不能留给驾驶员足够的反应时间而引发交通事故。

因此，有必要开发一种新的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统及方法，能确保行车安全和提升舒适性。

本发明所述的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统，包括摄像头、毫米波雷达组、中央决策模块和执行机构；

所述毫米波雷达组用于探测本车相邻车道内是否存在有车辆；

所述摄像头用于获取本车车道线信息，并在毫米波雷达组探测到本车前方相邻车道内有车辆时，与毫米波雷达组所探测的信息相融合，识别出本车前方相邻车道车辆的位置信息，该摄像头通过CAN线与毫米波雷达组连接；

所述中央决策模块根据本车车道线信息、本车前方相邻车道车辆的位置信息规划出行车轨迹，该中央决策模块分别通过CAN线与摄像头和毫米波雷达组连接；

所述执行机构根据中央决策模块所给出的行车轨迹进行自动驾驶，以使本车能安全超越相邻车道的车辆，该执行机构通过CAN线与中央决策模块连接。

所述摄像头安装在车辆前侧的中部；

所述毫米波雷达组至少包括分别安装在车辆正前方、左前方、右前方、左后方以及右后方的五个毫米波雷达。

本发明所述的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划方法，采用本发明所述的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统，其方法包括以下步骤：

步骤一、本车处于自动驾驶模式；

步骤二、系统控制本车根据车道对中原则在车道的正中央行驶；

步骤三、毫米波雷达和摄像头实时判断前方左右相邻车道内是否存在车辆；若前方左右相邻车道均不存在车辆，则返回步骤二；若前方左相邻车道和/或右相邻车道存在车辆，则将所述车辆的位置信息发送给中央决策模块，并进入步骤四；

步骤四、中央决策模块根据本车车道线信息、本车前方相邻车道车辆的位置信息规划出行车轨迹；执行机构根据该行车轨迹进行自动驾驶，以使本车能安全超越相邻车道的车辆。

所述步骤四具体为：

步骤a、中央决策模块判断本车与前方相邻车道内最邻近车辆在纵向上的时距是否小于n1秒，若否，则返回步骤二，若是，则进入步骤b；

步骤b、中央决策模块判断前方左右相邻车道内是否均有车辆，且两车辆与本车车道线的距离是否均小于M米，若否，则进入步骤c，若是，则进入步骤d；

步骤c、中央决策模块判断是否有单侧前方相邻车道内的车辆与本车车道线的距离小于M米，若否，返回步骤二，若是，则本车在超越车辆时，本车向安全侧车道线偏离△X的距离，即本车的行车轨迹与安全侧车道线之间的距离为A/2减去△X，本车的行车轨迹与危险侧车道线之间的距离为A/2加上△X，其中，A为本车所在车道的宽度，△X为距离偏移量，直到本车超越所述车辆后且与所述车辆在纵向上的时距大于n2秒时，返回步骤二；

步骤d、本车在超越两车辆时，系统控制本车在两车辆的正中间行驶，直到本车超越两车辆后且与后方相邻车道内最邻近车辆之间在纵向上的时距大于n2秒时，返回步骤二。

本发明具有以下优点：本发明完全采用车辆本身已有的机构作为执行器并且通过CAN总线进行通信，本发明的新路径规划策略所需要的车辆位置信息也可以由现有的毫米波雷达和摄像头发出，所以具备量产的可行性。根据本发明的新路径规划策略进行路径规划，在开启单车道自动驾驶模式时，即使存在相邻车道车辆过于靠近本车道，被控车辆也会主动远离危险侧车道线，避免了给驾驶员带来的惊慌和危险感，同时，远离危险侧车道线后，一旦遇到紧急情况，也给驾驶员足够的反应时间，在一定程度上避免车祸，提升了高速路自动驾驶系统的安全性。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明在正常情况下行驶的超车路径规划示意图；

图3是本发明在右侧车辆占道时的超车路径规划示意图；

图4是本发明在左侧车辆占道时的超车路径规划示意图；

图5是本发明在两侧车辆同时占道时的超车路径规划示意图；

图6是本发明的逻辑流程图；

其中：1、中央决策模块，2、摄像头，3、毫米波雷达，4、CAN线，5、EMS，6、ESP，7、EPS,8、本车，9、第一车辆，10、第二车辆，11、左车道线，12、右车道线，13、行车轨迹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统，包括摄像头2、毫米波雷达3、中央决策模块1和执行机构。

所述毫米波雷达组包括分别安装在车辆正前方、左前方、右前方、左后方以及右后方的五个毫米波雷达3；用于探测本车相邻车道内(包括车相邻车道的前方及后方)是否存在有车辆，毫米波雷达3的数量可根据实际情况调整。

所述摄像头2安装在车辆前侧的中部；用于获取本车车道线信息，并在毫米波雷达组探测到本车前方相邻车道内有车辆时，与毫米波雷达组所探测的信息相融合，识别出本车前方相邻车道车辆的位置信息，该摄像头2通过CAN线4与毫米波雷达组连接。

所述中央决策模块1根据本车车道线信息、本车前方相邻车道车辆的位置信息规划出行车轨迹13，该中央决策模块1分别通过CAN线4与摄像头2和毫米波雷达3连接。

所述执行机构根据中央决策模块1所给出的行车轨迹13进行自动驾驶，以使本车能安全超越相邻车道的车辆，该执行机构通过CAN线4与中央决策模块1连接。本发明通过车辆CAN网络提供整车信息和传递控制命令。

所述执行机构包括EPS7(电动助力转向系统)、EMS5(发动机管理系统)和ESP6(车身电子稳定系统)。其中，EPS7执行中央决策模块1发出的转向扭矩请求，并将方向盘测量的驾驶员手力矩实时反馈给中央决策模块1。EMS5执行中央决策模块1给出的发动机增扭、降扭指令。ESP6执行中央决策模块1的增压、减压指令，主动进行增压、减压操作对车速进行自动控制。

本发明所述的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划方法，采用本发明所述的单车道自动驾驶超越相邻车道车辆的路径规划系统，其方法包括以下步骤：

步骤一、本车处于自动驾驶模式。

步骤二、系统控制本车根据车道对中原则在车道的正中央行驶。

步骤三、毫米波雷达3和摄像头2实时判断前方左右相邻车道内是否存在车辆；若前方左右相邻车道均不存在车辆，则返回步骤二；若前方左相邻车道和/或右相邻车道存在车辆，则将所述车辆的位置信息发送给中央决策模块1，并进入步骤四。

步骤四、中央决策模块1根据本车车道线信息、本车前方相邻车道车辆的位置信息规划出行车轨迹13；执行机构根据该行车轨迹13进行自动驾驶，以使本车能安全超越相邻车道的车辆。

所述步骤四具体为：

步骤a、中央决策模块1判断本车与前方相邻车道内最邻近车辆在纵向上的时距是否小于n1秒，若否，则返回步骤二，若是，则进入步骤b。

步骤b、中央决策模块1判断前方左右相邻车道内是否均有车辆，且两车辆与本车车道线的距离是否均小于M米，若否，则进入步骤c，若是，则进入步骤d。

步骤c、中央决策模块1判断是否有单侧前方相邻车道内的车辆与本车车道线的距离小于M米，若否，返回步骤二，若是，则本车在超越车辆时，本车向安全侧车道线偏离△X的距离，即本车的行车轨迹与安全侧车道线之间的距离为A/2减去△X，本车的行车轨迹与危险侧车道线之间的距离为A/2加上△X，其中，A为本车所在车道的宽度，△X为距离偏移量，直到本车超越所述车辆后且与所述车辆在纵向上的时距大于n2秒时，返回步骤二。

步骤d、本车在超越两车辆时，系统控制本车在两车辆的正中间行驶，直到本车超越两车辆后且与后方相邻车道内最邻近车辆之间在纵向上的时距大于n2秒时，返回步骤二。

以下以实例对本发明进行具体的说明：

将位于相邻左车道中的车辆定义为第一车辆9，将位于相邻右车道中的车辆定义为第二车辆10，

如图2所示，相邻左车道中的第一车辆9离本车8所在车道的左车道线11的距离Y1＞M(M为标定的值)，且相邻右车道中的第二车辆10离本车8所在车道的右车道线12的距离Y2＞M，在超越第一车辆9和第二车辆10过程中采用传统的路径规划策略，即本车8的行车轨迹13为本车道的正中央，即行车轨迹13距离左车道线11的距离X1和行车轨迹13距离右车道线12的距离X2均为A/2。此时中央决策模块1通过CAN线4向EPS7发送转向扭矩请求，使本车8保持在车道的正中央行驶。

如图3所示，如果相邻右车道中的第二车辆10离本车所在车道的右车道线12的距离Y2＜M，且相邻左车道中的第一车辆9离本车所在车道的左车道线11的距离Y1＞M，或者左侧车道不存在车辆，则在超越第二车辆10的前n1秒和超越第二车辆10后n2秒内采用修正的路径规划策略，即本车8向安全侧车道线偏离△X的距离，即行车轨迹13距离右车道线12的距离X2＝A/2+△X，行车轨迹13距离左车道线11的距离为X1＝A/2-△X。此时中央决策模块1通过CAN线4向EPS7发送转向扭矩请求。

如图4所示，如果相邻左车道中的第一车辆9离本车所在车道的左车道线11的距离Y1＜M，且相邻右车道中的第二车辆10离本车所在车道的右车道线12的距离Y2＞M，或者右侧车道不存在车辆，则在超越第一车辆9前n1秒和超越第一车辆9后n2秒内采用修正的路径规划策略，即本车8向安全侧车道线偏离△X的距离，即行车轨迹13距离左车道线11的距离为X1＝X+△X，行车轨迹13距离右车道线12的距离X2＝X-△X。此时中央决策模块1通过CAN线4向EPS7发送转向扭矩请求。

如图5所示，如果相邻右车道中的第二车辆10离本车所在车道的右车道线12的距离Y2＜M，同时相邻左车道中的第一车辆9离本车所在车道的左车道线11的距离Y1＜M。则在超越第二车辆10和第一车辆9的前n1秒和超越后n2秒内采用修正的路径规划策略，即本车8保持在第二车辆10和第一车辆9的正中间行驶(即图5中的Z1＝Z2)。此时中央决策模块1通过CAN线4向EPS7发送转向扭矩请求。