CN104709283A - 车道变换控制装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车道变换控制装置包括：车道信息提取器，配置为利用车道的图像信息获得行驶车道的车道信息；车道可变换时间计算器，配置为利用从安装在本车内的感测装置获得的本车的速度信息和周围车辆的信息，计算车道可变换时间；参考横摆角速度生成器，配置为利用上述车道可变换时间和上述速度信息来确定车道变换时间，并且利用上述车道可变换时间和上述车道信息生成在上述车道变换时间期间在时间轴上对称地改变的参考横摆角速度；以及参考横摆角速度***，配置为控制本车的操作，以便跟踪上述参考横摆角速度。

Description

车道变换控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及自动变换车辆车道的装置及其方法，更具体地，涉及根据车辆的行驶状态及其周围环境生成在时间轴上具有对称性的参考横摆角速度并通过跟踪参考横摆角速度变换车道的车道变换控制装置及其控制方法。 
背景技术
近年来，人们已经加快了对自主导航车辆的研究，并期望在2020年之前大量生产在高速公路上能够部分地或自动地实现自主导航的车辆。为了在高速公路上执行自主导航，自动变化车道是必要的。根据相关技术，上述车道变换方法包括生成用于变换车道的路径和跟踪对应路径的方法。 
但上述路径跟踪方法需要估计车辆的位置。相关技术主要利用航位推算(dead reckoning)并利用车辆动力学模型。因此需要提前设置许多参数，从而产生复杂性。具体地，为精确地测量参数，需要对每辆车执行繁琐的被称作***识别的过程。 
发明内容
本发明是为了解决在现有技术中出现的上述问题，同时保持由现有技术实现的优点不变而做出的。 
本发明的一方面提供能够简单地变换车道而无需执行繁琐的过程，例如***识别的方法。 
根据本发明的一示例性实施例，车道变换控制装置包括：车道信息提取器，配置为利用车道的图像信息获得行驶车道的车道信息；车道可变换时间计算器，配置为利用从安装在本车内的感测装置获得的本车的速度信息和周围车辆的信息，计算车道可变换时间；参考横摆角速度生成器，配置为利用上述车道可变换时间和上述速度信息来确 定车道变换时间，并且利用上述车道可变换时间和上述车道信息生成在上述车道变换时间期间在时间轴上对称地改变的参考横摆角速度；以及参考横摆角速度***，配置为控制本车的操作，以便跟踪上述参考横摆角速度。 
根据本发明的另一示例性实施例，车辆车道变换方法包括：利用车道的图像信息获得车道信息，并且利用从安装在本车内的感测装置获得的信息获得本车的速度信息以及周围车辆与本车之间的相对速度和距离；利用上述相对速度和上述距离计算车道可变换时间；利用上述车道可变换时间和上述本车的速度信息确定车道变换时间，并且利用上述车道可变换时间和上述车道信息生成在上述车道变换时间期间在时间轴上对称地改变的参考横摆角速度；以及控制本车的操作，以便跟踪上述参考横摆角速度。 
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征和优点通过下面的详细说明结合附图变得更加显而易见。 
图1示出本发明的示例性实施例的车道变换控制装置的配置的配置图。 
图2示出本发明的示例性实施例的车辆实质上变换车道时的随时间变化的车辆横摆角速度值的示例性曲线图。 
图3描述本发明的示例性实施例的车道变换控制方法的流程图。 
图4A至图4C示出本发明的示例性实施例的基于参考横摆角速度跟踪的车辆行驶形状的示例性视图。 
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细地描述。在本说明书和权利要求书中利用的术语和词语不应该被解释为限于典型含义或辞典定义，而应该被解释为具有与本发明的基于规则的技术范围相关的含义和概念，根据上述规则，发明人可以适当地定义术语的概念，从而最恰当地描述其知晓的用于实现本发明的最佳方法。因此，在本发明的实施例和附图中描述的配置仅仅是最优选的实施例， 而不代表本发明的全部技术精神。因此，本发明应该被解释为包括所有包含在提交本申请时的本发明的精神和范围之内的修改、等同物和替换物。 
图1示出本发明的示例性实施例的车道变换控制装置的配置。本发明的示例性实施例的车道变换控制装置可包括车道信息提取器100、车道可变换时间计算器200、参考横摆角速度生成器300、和参考横摆角速度***400。 
车道信息提取器100处理由摄像机12获得的前方道路的图像信息，从而计算本车所行驶的车道的信息，例如，车道信息、车道宽度、和曲率。此外，车道信息提取器100处理由摄像机12获得的前方道路的图像信息，从而检测车辆在当前车道上的位置。 
车道可变换时间计算器200利用本车的行驶速度和周围车辆的信息计算车道可变换时间。例如，车道可变换时间计算器200通过障碍物感测传感器14(例如，RiDAR传感器、雷达传感器、超声波传感器等)和车速传感器16感测周围车辆的信息和本车的速度信息，并且利用所感测出的信息计算本车与在本车所行驶的车道(行驶车道)前方的周围车辆的相对速度和本车与在行驶车道前方的周围车辆之间的距离、本车与在即将变换的车道(目标车道)前方和后方的周围车辆的相对速度以及本车与在目标车道前方和后方的周围车辆之间的距离。此外，车道可变换时间计算器200基于上述信息计算能够安全地变换车道而不与行驶车道上的前方车辆和目标车道上的前方和后方车辆碰撞的时间。在这种情况下，车道可变换时间计算器200可利用最小安全间距(MMS：minimum safety spacing)算法或离碰撞时间(TTS：time to collision)算法来确定变换车道的安全性，并且计算能够安全地变换车道的时间。车道可变换时间计算器200比较所计算的车道可变换时间与预先设定的阈值，并且当车道可变换时间小于阈值时，连续地检查本车的行驶速度和周围车辆的信息，从而反复地执行车道可变换时间的计算。当通过上述反复计算得出车道可变换时间变得比阈值大时，车道可变换时间计算器200将车道可变换时间信息发送至参考横摆角速度生成器300。 
参考横摆角速度生成器300利用来自车道可变换时间计算器200 的车道可变换时间、来自车道信息提取器100的车道信息、和来自车速传感器16的速度信息生成参考横摆角速度。例如，参考横摆角速度生成器300利用车道可变换时间和速度信息确定以当前速度变换车道所需的时间(车道变换时间)，并且利用车道可变换时间和车道信息确定横摆角速度，以使横摆角速度在车道变换时间期间在时间轴上对称地变化。在这种情况下，车道变换时间可根据车速进行可变地设定，或者可以预先设定为特定的值，例如，用于车道可变换时间计算器200中的阈值。 
图2是示例性地示出当车辆实质上变换车道时的随时间变化的车辆的横摆角速度值的曲线图。通过分析当实质上变换车道时的行驶数据来分析本车的运动，其结果是，可以理解，本车的运动随时间是对称的，如图2所示。即，假设行驶车道与目标车道具有相同的宽度，可以理解，车道变换期间的横摆角速度和在车道变换之后本车的位置(转向)恢复为在目标车道中正常行驶时的横摆角速度可具有相同的值，除了它们具有相反的符号(+，-)时。因此，参考横摆角速度生成器300可通过在变换车道的车道变换时间的一半时间期间以目标车道的方向(+)施加横摆角速度，并且之后在剩余的一半时间期间以相反的方向(-)施加相同横摆角速度以便再次恢复本车在目标车道上的行驶方向(转向)，利用车道信息、车速(恒定的速度、加速度、减速度)和车道变换时间来计算(或提取)出横摆角速度，由此生成参考横摆角速度。例如，在期望将车道变换为右侧车道并且车道变换时间为10秒的情况下，参考横摆角速度生成器300在5秒期间对横摆角速度施加指示右侧方向的正(+)值，并且在下一个5秒期间对横摆角速度施加指示左侧方向的负(-)值。在这种情况下，参考横摆角速度生成器300可以生成参考横摆角速度，使得本车的行驶路径具有正弦波形状。例如，假设行驶车道和目标车道具有相同的宽度时，参考横摆角速度生成器300可生成参考横摆角速度，使得本车可沿着这样的正弦波形行驶：该正弦波形具有等于车道宽度的振幅和等于车道变换时间的半周期。作为另外一种选择，当通过测量实质上变换车道时的行驶数据而在数据库中预先确定并建立了适用于车速、车道变换时间和曲率的参考横摆角速度之后，参考横摆角速度生成器300可选择任一 个对应于当前状态信息(速度、车道变换时间、和曲率)的参考横摆角速度。因此，在车道变换时间的时间轴上对称地确定的横摆角速度成为参考横摆角速度，该参考横摆角速度被发送至参考横摆角速度***400。 
参考横摆角速度***400控制本车的行驶，以便稳定地跟踪从参考横摆角速度生成器300发送的参考横摆角速度。例如，参考横摆角速度***400利用反馈控制器控制本车的行驶，同时连续地监控车辆是否根据参考横摆角速度正常行驶而变换车道、以及车辆是否再次正常地从变换的车道恢复转向至原始车道。在这种情况下，由于控制本车行驶的功能本身类似于相关技术的电子控制单元(ECU)中的功能，因此将省略其详细说明。 
图3是描述本发明的示例性实施例的车道变换控制装置的车道变换方法的流程图。 
首先，车道变换控制装置获得车辆(本车)所在的周围环境的信息(S110)。例如，车道信息提取器100利用摄像机12获得车道的图像信息，之后对该图像信息进行处理，从而计算出行驶车道的车道信息(车道宽度和曲率)。车道可变换时间计算器200利用障碍物感测传感器14，例如RiDAR传感器、雷达传感器、和超声波传感器，检查在行驶车道和目标车道上位于本车周围的周围车辆的位置和速度，并且将该位置和速度与本车的速度进行比较，从而计算本车与本车周围的周围车辆的相对速度以及本车与周围车辆之间的距离。 
在获得了周围环境信息的情况下，车道可变换时间计算器200利用本车与本车周围的其它车辆的相对速度以及本车与周围车辆之间的距离，计算车道可变换时间(S120)。例如，车道可变换时间计算器200可以利用任一种已知的方法例如最小安全间距(MMS)算法或离碰撞时间(TTC)算法来确定变换车道的安全性，并且计算能够安全地变换车道而不碰撞周围车辆的时间。 
接着，车道可变换时间计算器200比较所计算的时间与预先设定的阈值，从而检查车道可变换时间是否大于阈值(S130)。如果车道可变换时间大于阈值，则车道可变换时间计算器200将车道可变换时间的信息发送至参考横摆角速度生成器300，同时向参考横摆角速度生成 器300通知车道可变换时间大于阈值。如果车道可变换时间小于阈值，则车道可变换时间计算器200反复执行车道可变换时间的计算。 
如果参考横摆角速度生成器300接收到来自车道可变换时间计算器200的车道可变换时间的信息，则其利用车道可变换时间、车道信息、和速度信息生成参考横摆角速度(S140)。例如，参考横摆角速度生成器300可以确定车道变换时间，以对应车道可变换时间内的本车的速度，然后可以生成参考横摆角速度，使得本车可以沿着这样的正弦波形行驶(变换车道)：该正弦波形具有等于车道宽度的振幅和等于车道变换时间的半周期。作为另一种选择，参考横摆角速度生成器300可以通过利用实际测量的行驶数据，根据本车的速度和曲率预先确定并存储横摆角速度、提取(选取)本车的当前速度和曲率、以及在车道变换时间的前一半时间期间对所提取的横摆角速度施加正(+)值并在剩余一半时间期间对所提取的横摆角速度施加负(-)值，从而生成参考横摆角速度。如果参考横摆角速度生成，参考横摆角速度生成器300将所生成的参考横摆角速度的信息发送至参考横摆角速度***400。 
如果参考横摆角速度***400接收到来自参考横摆角速度生成器300的参考横摆角速度的信息，则其控制本车的操作，使得本车可以稳定地跟踪对应的参考横摆角速度(S150)。例如，参考横摆角速度***400通过调整方向盘至右侧将本车移动至右侧方向(目标车道方向)，以便在车道变换时间的前一半时间期间跟踪正(+)的横摆角速度，如图4A所示。然后，参考横摆角速度***400调整方向盘至左侧，以便在车道变换时间的剩余一半时间期间跟踪负(-)的横摆角速度，如图4B所示。上述跟踪控制可利用横摆角速度传感器(未在图中示出)来比较本车在变换车道时的实际横摆角速度与参考横摆角速度，从而连续地监控车辆是否正常地跟踪参考横摆角速度，并且可以通过在出现错误时反馈错误并将反馈错误反应到车辆的操作控制来跟踪参考横摆角速度。因此，在经过车道变换时间之后车辆在目标车道内的转向变成与在车道变换之前车辆在行驶车道内的转向相等，并且车辆可以维持目标车道，如图4C所示。 
尽管执行了参考横摆角速度跟踪控制，但参考横摆角速度*** 400利用来自车道信息提取器100的本车的位置信息，连续地监控本车的位置，由此检查本车是否进入目标车道或者是否正常地到达目标车道内的目标位置。当满足对应的条件时，车道变换控制被终止(S160)。 
根据本发明的示例性实施例，不需要复杂的参数、无需执行繁琐的预处理(例如***识别)，就能简单且稳定地变换车道。 
上述本发明的示例性实施例已被用于说明性的目的。因此，本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求公开的本发明的范围的精神的情况下，各种修改、变更、替换、和添加是可能的，并且这些修改、变更、替换、和添加落入本发明的范围之内。 
附图标记 
100：车道信息提取器 
200：车道可变换时间计算器 
300：参考横摆角速度生成器 
400：参考横摆角速度***。 

Claims (13)

1.一种车道变换控制装置，包括：
车道信息提取器，配置为利用车道的图像信息获得行驶车道的车道信息；
车道可变换时间计算器，配置为利用从安装在本车内的感测装置获得的本车的速度信息和周围车辆的信息，计算车道可变换时间；
参考横摆角速度生成器，配置为利用所述车道可变换时间和所述速度信息来确定车道变换时间，并且利用所述车道可变换时间和所述车道信息生成在所述车道变换时间期间在时间轴上对称地改变的参考横摆角速度；以及
参考横摆角速度***，配置为控制本车的操作，以便跟踪所述参考横摆角速度。
2.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述车道可变换时间计算器计算本车与在行驶车道前方的周围车辆的相对速度、以及本车与所述在行驶车道前方的周围车辆之间的距离，计算本车与在目标车道前方和后方的周围车辆的相对速度、以及本车与所述在目标车道前方和后方的周围车辆之间的距离，并且利用计算得到的相对速度和距离计算所述车道可变换时间。
3.根据权利要求2所述的车道变换控制装置，其中所述车道可变换时间计算器利用最小安全间距(MMS)算法或离碰撞时间(TTC)算法计算所述车道可变换时间。
4.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度生成器根据所述速度信息可变地确定所述车道变换时间。
5.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度生成器通过以相反方向施加大小相同的所述车道变换时间的前一半时间期间的横摆角速度和剩余一半时间期间的横摆角速度，生成所述参考横摆角速度。
6.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度生成器生成所述参考横摆角速度，使得本车沿着正弦波形行驶，其中该正弦波形具有等于车道宽度的振幅和等于所述车道变换时间的半周期。
7.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度生成器根据所述速度信息、所述车道变换时间和所述车道信息，选择预先存储的参考横摆角速度中的任一个。
8.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述车道信息提取器利用所述图像信息检测本车在当前车道上的位置。
9.根据权利要求8所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度***利用来自所述车道信息提取器的本车的位置信息，监控本车是否位于目标车道内。
10.根据权利要求1所述的车道变换控制装置，其中所述参考横摆角速度***将本车在车道变换时的实际横摆角速度与所述参考横摆角速度进行比较，从而监控本车是否正常地跟踪所述参考横摆角速度，并且当出现错误时反馈错误，从而将该反馈错误反映到本车的操作控制。
11.一种车辆的车道变换控制方法，所述方法包括以下步骤：
利用车道的图像信息获得车道信息，并且利用从安装在本车内的感测装置获得的信息获得本车的速度信息以及周围车辆与本车之间的相对速度和距离；
利用所述相对速度和所述距离计算车道可变换时间；
利用所述车道可变换时间和所述本车的速度信息确定车道变换时间，并且利用所述车道可变换时间和所述车道信息生成在所述车道变换时间期间在时间轴上对称地改变的参考横摆角速度；以及
控制本车的操作，以便跟踪所述参考横摆角速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述参考横摆角速度具有大小相同但以相反方向施加的所述车道变换时间的前一半时间期间的横摆角速度和剩余一半时间期间的横摆角速度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述参考横摆角速度是使本车沿正弦波形行驶的横摆角速度，该正弦波形具有等于车道宽度的振幅和等于所述车道变换时间的半周期。
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