车辆的控制方法、装置和计算机可读存储介质与流程

本公开涉及人工智能技术领域，特别涉及一种车辆的控制方法、车辆的控制装置和计算机可读存储介质。

背景技术：

随着人工智能技术的发展，智能汽车具有了通讯和协同运动能力，能够实现人、车、路的智能信息交换。因此，智能汽车能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，按照人的意愿到达目的地。

十字路口作为道路交通网的重要枢纽点，是城市交通拥堵弊病的本质源头。因此，如何安全、高效地通过十字路口是智能汽车需要解决的重要技术问题。

相关技术基于信号灯的管理方案，规划车辆的在路口的控制方案。

技术实现要素：

本公开的发明人发现上述相关技术中存在如下问题：基于固定规则的信号灯控制方案灵活性差，导致对车辆的控制效率低。

鉴于此，本公开提出了一种车辆的控制技术方案，能够提高控制效率。

根据本公开的一些实施例，提供了一种车辆的控制方法，包括：响应于目标车辆进入第一目标区域，根据所述目标车辆的所在车道和当前的运动状态信息，计算第一控制量；根据所述第一控制量，控制所述目标车辆以第一目标速度在所述第一目标区域内匀速行驶；响应于所述目标车辆离开所述第一目标区域，根据目标车道的延伸方向和所述目标车辆当前的运动状态信息，计算第二控制量；根据所述第二控制量，控制所述目标车辆以第二目标速度匀速驶向所述目标车道。

在一些实施例中，响应于所述目标车辆离开所述第一目标区域进入第二目标区域，计算所述第二控制量；响应于所述目标车辆离开所述第二目标区域进入第三目标区域，控制所述目标车辆以第二目标速度匀速通过所述第三目标区域驶向所述目标车道。

在一些实施例中，在保证所述目标车辆不与道路边沿以及其他车辆相撞的前提下，计算所述第一控制量和所述第二控制量。

在一些实施例中，以最小化控制完成时间为目标函数，根据第一约束条件构建第一优化问题模型，所述第一约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；沿所述所在车道前向行驶；在控制完成时刻，所述目标车辆的速度为第一目标速度、加速度为0且所述目标车辆没有进入所述第三目标区域；利用最优化方法求解所述第一优化问题模型，确定所述第一控制量。

在一些实施例中，以最小化控制完成时间为目标函数，根据第二约束条件构建第二优化问题模型，所述第二约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；在控制起始时刻，所述目标车辆位于所述第三目标区域的边缘，速度为第一目标速度、加速度为0；在控制完成时刻，所述目标车辆的速度为第二目标速度、加速度为0且所述目标车辆的行驶方向与所述目标车道的延伸方向一致；利用最优化方法求解所述第二优化问题模型，确定所述第二控制量。

在一些实施例中，响应于所述目标车辆进入所述第一目标区域，为所述目标车辆分配躲避优先级；提高所述第一目标区域、所述第二目标区域和所述第三目标区域中其他车辆的躲避优先级，使得所述其他车辆的躲避优先级高于所述目标车辆的躲避优先级，以保证所述目标车辆不与所述其他车辆相撞。

在一些实施例中，所述第一目标区域、所述第二目标区域和第三目标区域都是以道路交叉口中心为圆点的圆形区域，所述第二目标区域的半径大于所述第三目标区域的半径小于所述第一目标区域的半径。

在一些实施例中，所述第一控制量和所述第二控制量包括所述目标车辆在控制完成时间内各时刻的位置、速度、加速度、前轮偏转角、前轮偏转角速度、姿态角中的多项。

根据本公开的另一些实施例，提供一种车辆的控制装置，包括：计算单元，用于响应于目标车辆进入第一目标区域，根据所述目标车辆的所在车道和当前的运动状态信息计算第一控制量，响应于所述目标车辆离开所述第一目标区域，根据目标车道的延伸方向和所述目标车辆当前的运动状态信息计算第二控制量；控制单元，用于根据所述第一控制量，控制所述目标车辆以第一目标速度在所述第一目标区域内匀速行驶，根据所述第二控制量，控制所述目标车辆以第二目标速度匀速驶向所述目标车道。

根据本公开的又一些实施例，提供一种车辆的控制装置，包括：存储器；和耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器装置中的指令，执行上述任一个实施例中的车辆的控制方法。

根据本公开的再一些实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一个实施例中的车辆的控制方法。

在上述实施例中，根据车辆的当前运动状态和位置等信息控制车辆匀速行驶，在此基础上根据目标车道的方向生成控制量，以便控制车辆驶向目标车道。这样，可以针对各车辆的行驶状态和行驶目标灵活地规划控制策略，而无需遵循固定的行驶限制，从而提高了车辆的控制效率。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出本公开的车辆的控制方法的一些实施例的流程图；

图2示出本公开的避免相撞方法的一些实施例的流程图；

图3示出本公开的接管区域划分的一些实施例的示意图；

图4示出图1中步骤110的一些实施例的流程图；

图5示出图1中步骤130的一些实施例的流程图；

图6示出本公开的车辆的控制装置的一些实施例的框图；

图7示出本公开的车辆的控制装置的另一些实施例的框图；

图8示出本公开的车辆的控制装置的又一些实施例的框图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出本公开的车辆的控制方法的一些实施例的流程图。

如图1所示，该方法包括：步骤110，计算第一控制量；步骤120，控制车辆匀速行驶；步骤130，计算第二控制量；和步骤140，控制车辆匀速驶向目标车道。

在步骤110中，响应于目标车辆进入第一目标区域，根据目标车辆的所在车道和当前的运动状态信息，计算第一控制量。

在一些实施例中，可以设置车辆的控制装置，如中央管理系统，用于控制车辆的行驶。例如，可以在多条车道交叉的路口处设置控制装置接管区域(接管区域包括第一目标区域)，在目标车辆驶入接管区域后，控制装置接管目标车辆的行驶行为，对其进行控制。

在一些实施例中，目标车辆在t时刻的运动状态信息可以包括目标车辆当前的位置(例如，目标车辆的后轮轴中点坐标x(t)，y(t))、速度v(t)、加速度a(t)、前轮偏转角前轮偏转角速度ω(t)、姿态角θ(t)等信息。

在一些实施例中，在保证目标车辆不与道路边沿以及其他车辆相撞的前提下，计算第一控制量。例如，可以通过图2中的实施例保证目标车辆不与接管区域内的其他车辆相撞。

图2示出本公开的避免相撞方法的一些实施例的流程图。

如图2所示，该方法包括：步骤210，为目标车辆分配躲避优先级；和步骤210，提高其他车辆的躲避优先级。

在步骤210中，响应于目标车辆进入所述第一目标区域，为目标车辆分配躲避优先级。例如，在目标车辆驶入第一目标区域后，为该目标车辆分配一个独一无二的标识(如整个接管区域中已存在k-1辆汽车，可以设置目标车辆的标识为k)，然后将该目标车辆的躲避优先级设置为1(可以设置躲避优先级的数值越大优先级越高)。

在步骤220中，提高第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域中其他车辆的躲避优先级，使得其他车辆的躲避优先级高于目标车辆的躲避优先级，以保证目标车辆不与其他车辆相撞。例如，可以将已存在k-1辆汽车的躲避优先级增加1。

在一些实施例中，可以将接管区域进一步划分为第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域。第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域都是以道路交叉口中心为圆点的圆形区域，第二目标区域的半径大于第三目标区域的半径且小于第一目标区域的半径。例如，可以根据图3中的示意图划分路口的接管区域。

图3示出本公开的接管区域划分的一些实施例的示意图。

如图3所示，在道路31和道路32的交叉口设置接管区域，并将接管区域划分为第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域。

在一些实施例中，目标车辆当前所在车道可以是车道311，目标车辆通过交叉口之后的目标车道可以是车道321。为了能够控制目标车辆顺利地从车道311驶入车道321，可以在第一目标区域控制目标车辆进行匀速行驶，在第二目标区域规划使目标车辆驶入车道321的控制策略，在第三目标区域控制目标车辆驶入车道321。例如，可以通过图4中的步骤计算第一控制量，以控制目标车辆匀速行驶。

图4示出图1中步骤110的一些实施例的流程图。

如图4所示，步骤110包括：步骤1110，构建第一优化问题模型；和步骤1120，确定第一控制量。

在步骤1110中，以最小化控制完成时间为目标函数，根据第一约束条件构建第一优化问题模型。例如，第一约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；沿所在车道前向行驶；在控制完成时刻，目标车辆的速度为第一目标速度、加速度为0且目标车辆没有进入所述第三目标区域。

在一些实施例中，控制起始时间为t0，控制终止时间为tf，则目标函数为使得控制完成时间tf-t0最小。例如，可以采用基于自行车模型的车辆运动学方程：

lw为目标车辆的前后轮轴距。

例如，目标车辆在t时刻四个顶点的位置为a(t)、b(t)、c(t)和d(t)，道路边沿的位置为a、b，则避免与道路边缘相撞可以用公式表示为：

a＜a(t)＜b；

a＜b(t)＜b；

a＜c(t)＜b；

a＜d(t)＜b。

例如，目标车辆所在车道中线的位置为c，则沿所在车道前向行驶可以用公式表示为y(t)＝c。可以给定控制器时刻目标车辆的运动状态信息a(t0)、ω(t0)、v(t0)、x(t0)、y(t0)和θ(t0)。第一目标速度为v1，根据约束条件，控制完成时刻目标车辆的运动状态信息为：

利用最优化方法求解第一优化问题模型，可以得到[t0，tf]时间段内目标车辆在各时刻的运动状态a(t)、ω(t)、v(t)、x(t)、y(t)和θ(t)。可以选取其中多个运动状态，v(t)、为第一控制量。

第一优化问题模型属于最短时间最优控制问题，可以数值优化方法予以求解。第一优化问题模型涉及的行驶任务较为简单，能够在较短时间(毫秒级)内求解，可以忽略其求解耗时造成的误差问题。例如，在求解完成后，可以记录目标车辆在第一目标区域内的运动轨迹。

确定了第一控制量后可以继续通过图1中的步骤120-140控制目标车辆。

在步骤120中，根据第一控制量，控制目标车辆以第一目标速度在第一目标区域内匀速行驶。控制目标车辆匀速行驶，可以预先估计目标车辆驶入第三目标区域的时间，对控制策略进行准确规划，从而提高控制的准确性。

在步骤130中，响应于目标车辆离开第一目标区域，根据目标车道的延伸方向和目标车辆当前的运动状态信息，计算第二控制量。例如，响应于目标车辆离开第一目标区域进入第二目标区域，计算第二控制量。

在一些实施例中，可以通过图5中的步骤计算第二控制量。

图5示出图1中步骤130的一些实施例的流程图。

如图5所示，步骤130包括：步骤1310，构建第二优化问题模型；和步骤1320，确定第二控制量。

在步骤1310中，以最小化控制完成时间为目标函数，根据第二约束条件构建第二优化问题模型。例如，第二约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；在控制起始时刻，目标车辆位于第三目标区域的边缘，速度为第一目标速度、加速度为0；在控制完成时刻，目标车辆的速度为第二目标速度、加速度为0且目标车辆的行驶方向与目标车道的延伸方向一致。

在一些实施例中，控制起始时刻为t′0，控制终止时刻为t′f，则目标函数为使得控制完成时间t′f-t′0最小。给定控制起始时刻(目标车辆离开第二目标区域进入第三目标区域时)目标车辆的运动状态信息：

在控制终止时刻，目标车辆的运动状态信息为：

v2为第二目标速度，θd根据目标车道的延伸方向设置。

利用最优化方法求解第二优化问题模型，可以得到[t′0，t′f]时间段内目标车辆在各时刻的运动状态a(t)、ω(t)、v(t)、x(t)、y(t)和θ(t)。可以选取其中多个运动状态，v(t)、为第二控制量。

第二优化问题模型属于最短时间最优控制问题，可以采用数值优化方法予以求解。第二优化问题模型涉及的行驶任务较复杂，需要消耗显著的求解时间(秒级)才能完成求解。因此，设置第二目标区域作为缓冲区域，用于计算目标车辆在第三目标区域的控制量，能够有效地解决控制延时问题，从而提高控制效率和准确性。

在一些实施例中，完成第二优化问题模型的求解后，可以记录规划好的目标车辆的运动轨迹。确定了第二控制量后，就可以通过图1中的步骤140控制目标车辆。

在步骤140中，根据第二控制量，控制目标车辆以第二目标速度匀速驶向目标车道。例如，响应于目标车辆离开第二目标区域进入第三目标区域，控制目标车辆以第二目标速度匀速通过第三目标区域驶向目标车道。

在一些实施例中，目标车辆驶离接管区域后，注销目标车辆的标识、运动轨迹、躲避优先级。至此，目标车辆脱离控制装置的接管。

在上述实施例中，根据车辆的当前运动状态和位置等信息控制车辆匀速行驶，在此基础上根据目标车道的方向生成控制量，以便控制车辆驶向目标车道。这样，可以针对各车辆的行驶状态和行驶目标灵活地规划控制策略，而无需遵循固定的行驶限制，从而提高了车辆的控制效率。

图6示出本公开的车辆的控制装置的一些实施例的框图。

如图6所示，车辆的控制装置6包括计算单元61、控制单元62。

计算单元61响应于目标车辆进入第一目标区域，根据目标车辆的所在车道和当前的运动状态信息计算第一控制量。计算单元61响应于目标车辆离开第一目标区域，根据目标车道的延伸方向和目标车辆当前的运动状态信息计算第二控制量。

例如，第一控制量和第二控制量包括目标车辆在控制完成时间内各时刻的位置、速度、加速度、前轮偏转角、前轮偏转角速度、姿态角中的多项。

控制单元62根据第一控制量，控制目标车辆以第一目标速度在第一目标区域内匀速行驶。控制单元62根据第二控制量，控制目标车辆以第二目标速度匀速驶向目标车道。

在一些实施例中，计算单元61在保证目标车辆不与道路边沿以及其他车辆相撞的前提下，计算第一控制量和第二控制量。

例如，计算单元61响应于目标车辆进入第一目标区域，为目标车辆分配躲避优先级。计算单元61提高第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域中其他车辆的躲避优先级，使得其他车辆的躲避优先级高于目标车辆的躲避优先级，以保证目标车辆不与其他车辆相撞。

在一些实施例中，计算单元61以最小化控制完成时间为目标函数，根据第一约束条件构建第一优化问题模型。第一约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；沿所在车道前向行驶；在控制完成时刻，目标车辆的速度为第一目标速度、加速度为0且目标车辆没有进入第三目标区域。计算单元61求解第一优化问题模型，确定第一控制量。

在一些实施例中，计算单元61响应于目标车辆离开第一目标区域进入第二目标区域，计算第二控制量。控制单元62响应于目标车辆离开第二目标区域进入第三目标区域，控制目标车辆以第二目标速度匀速通过第三目标区域驶向目标车道。

例如，计算单元61以最小化控制完成时间为目标函数，根据第二约束条件构建第二优化问题模型。第二约束条件包括：车辆运动学方程；躲避其他车辆、避免与道路边缘相撞；在控制起始时刻，目标车辆位于第三目标区域的边缘，速度为第一目标速度、加速度为0；在控制完成时刻，目标车辆的速度为第二目标速度、加速度为0且目标车辆的行驶方向与目标车道的延伸方向一致；求解第二优化问题模型，确定第二控制量。

在一些实施例中，第一目标区域、第二目标区域和第三目标区域都是以道路交叉口中心为圆点的圆形区域。第二目标区域的半径大于第三目标区域的半径且小于第一目标区域的半径。

在上述实施例中，根据车辆的当前运动状态和位置等信息控制车辆匀速行驶，在此基础上根据目标车道的方向生成控制量，以便控制车辆驶向目标车道。这样，可以针对各车辆的行驶状态和行驶目标规划控制策略，而无需遵循固定的行驶限制，从而提高了车辆的控制效率。

图7示出本公开的车辆的控制装置的另一些实施例的框图。

如图7所示，该实施例的车辆的控制装置7包括：存储器71以及耦接至该存储器71的处理器72，处理器72被配置为基于存储在存储器71中的指令，执行本公开中任意一个实施例中的车辆的控制方法。

其中，存储器71例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据库以及其他程序等。

图8示出本公开的车辆的控制装置的又一些实施例的框图。

如图8所示，该实施例的车辆的控制装置8包括：存储器810以及耦接至该存储器810的处理器820，处理器820被配置为基于存储在存储器810中的指令，执行前述任意一个实施例中的车辆的控制方法。

存储器810例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)以及其他程序等。

车辆的控制装置8还可以包括输入输出接口830、网络接口840、存储接口850等。这些接口830、840、850以及存储器810和处理器820之间例如可以通过总线860连接。其中，输入输出接口830为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口850为sd卡、u盘等外置存储设备提供连接接口。

本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开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非瞬时性存储介质(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。

至此，已经详细描述了根据本公开的车辆的控制方法、车辆的控制装置和计算机可读存储介质。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。