CN111688695A - 车辆自动变道的自适应控制 - Google Patents

车辆自动变道的自适应控制 Download PDF

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Abstract

一种执行车辆自动变道的自适应控制的***和方法，其包括定位在所述车辆后方目标距离处在目标车道中的具有目标速度的目标车辆。所述目标速度大于所述车辆的速度，并且所述车辆将基于自动变道而进入所述目标车道中。所述方法包括确定所述目标车辆在小于所述目标距离的制动距离上匹配所述车辆的速度所需的减速度，并且确定所述减速度是否超过阈值减速度。基于所述减速度超过阈值减速度而禁止自动变道。

Description

车辆自动变道的自适应控制
技术领域
本公开涉及车辆自动变道的自适应控制。
背景技术
车辆(例如，汽车、卡车、建筑装备、农用装备、自动化工厂装备)越来越多地配备有提供有关车辆及其周围环境信息的传感器。这些传感器(例如，相机、雷达***、激光雷达***)实现了车辆操作的一些方面的自动化或完全自主车辆操作。变道是已经实现自动化的车辆操作的一个方面，在变道期间车辆在存在沿同一方向行驶的交通的情况下在两个车道之间改变。自动变道可以是自主驾驶或半自主驾驶(例如，解放双手驾驶)的一部分。因此，期望提供对车辆自动变道的自适应控制。
发明内容
在一示例实施例中，执行车辆自动变道的自适应控制的方法包括定位在所述车辆后方目标距离处在目标车道中的具有目标速度的目标车辆。所述目标速度大于所述车辆的速度，并且所述车辆将基于自动变道而进入所述目标车道中。所述方法还包括确定所述目标车辆在小于所述目标距离的制动距离上匹配所述车辆的速度所需的减速度，并且确定所述减速度是否超过阈值减速度。基于所述减速度超过阈值减速度而禁止自动变道。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括将所述目标距离确定为所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于检测到在车辆后方的跟随车辆而将所述目标距离确定为小于所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围的距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于所述车辆的一个或多个传感器的位置、所述车辆与所述跟随车辆之间的距离以及所述跟随车辆的宽度而确定所述目标距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括将所述目标速度确定为高于所述目标车道的公示速度极限的固定值。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括将识别距离确定为所述目标车辆在固定时间段内行驶的距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括将所述制动距离确定为从所述目标距离减去所述识别距离和预定缓冲距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述确定目标车辆所需的减速度还基于以所述目标速度T为初始速度，以所述车辆的速度S为最终速度，以及以制动距离D为用于减速的距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述确定所述目标车辆所需的减速度还包括计算：
Figure BDA0002405647420000021
在本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括基于所述减速度小于或等于阈值减速度而允许自动变道。
在另一示例性实施例中，一种用于执行车辆自动变道的自适应控制的***包括一个或多个传感器用于检测在车辆后方的对象，以及处理器，其用于定位在所述车辆的后方目标距离处在目标车道中具有目标速度的目标车辆。所述目标速度大于所述车辆的速度，并且所述车辆将基于自动变道而进入所述目标车道中。所述处理器还确定所述目标车辆在小于目标距离的制动距离上匹配所述车辆的速度所需的减速度，确定所述减速度是否超过阈值减速度，并基于所述减速度超过阈值减速度而禁止自动变道。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器将所述目标距离确定为所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器基于检测到在车辆后方的跟随车辆而将所述目标距离确定为小于所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围的距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器基于所述车辆的一个或多个传感器的位置、所述车辆与所述跟随车辆之间的距离以及所述跟随车辆的宽度而确定所述目标距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器将所述目标速度确定为高于所述目标车道的公示速度极限的固定值。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器将识别距离确定为所述目标车辆在固定时间段内行驶的距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器将所述制动距离确定为从所述目标距离减去所述识别距离和预定缓冲距离。
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器确定所述目标车辆所需的减速度基于以所述目标速度T为初始速度，以所述车辆的速度S为最终速度，以及以制动距离D为减速距离。
在本文描述的一个或多个特征之外，所述处理器确定所述目标车辆所需的减速度基于计算：
Figure BDA0002405647420000031
在本文所述的一个或多个特征之外，所述处理器基于所述减速度小于或等于阈值减速度而允许自动变道。
从以下结合附图的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他的特征、优点和细节仅通过示例的方式在下面的详细描述中呈现，这些详细描述参考附图，其中：
图1是包括自动变道的自适应控制的车辆的示意图；
图2是示出执行根据一个或多个实施例的自动变道的自适应控制的过程的示意图；
图3是示出执行根据一个或多个实施例的自动变道的自适应控制的方法的处理流程图；以及
图4示出了执行根据一个或多个实施例的自动变道的自适应控制的示例性场景。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用和使用。应当理解，在所有附图中对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如上文所述，自动变道操作可以是车辆的自主或半自主操作的一部分。通常，当车辆将驶入的相邻车道中没有障碍物时，可以进行车道变更。即，确定其他车辆和任何对象在车辆传感器(例如，相机)的视场内的位置。如果没有其他车辆或其他对象处于变道的路径中，则进行此操作。然而，在某些情况下，仅考虑视场内的对象确定是否可以进行自动变道可能是有问题的。例如，对于从第一车道到第二车道的自动变道，即便根据车辆的传感器的视场确定在第二车道中没有对象，快速行驶的车辆可能恰好在视场之外。为了避免由于变道而发生碰撞，这一快速行驶的车辆可能被强制过度制动(例如，超过所建立的阈值量)。本文详细描述的***和方法的实施例涉及车辆自动变道的自适应控制。该自适应控制可以防止可能进行的自动变道。
根据示例性实施例，图1是包括自动变道的自适应控制的车辆的示意图。该示例性车辆是汽车101，其被称为本车辆100。本车辆100包括多个传感器105。雷达***110、相机120和激光雷达***130被示为后向传感器105，根据一个或多个实施例，它们在自动变道场景中是受关注的。另一雷达***140被示为前向的。根据替代实施例，可以包括附加传感器105，并且任何传感器105可以位于本车辆100内或上的不同位置。
在本车辆100中还示出了控制器150。控制器150可以单独地或根据常规的传感器融合方案从一个或多个传感器105获得原始数据或信息。该数据或信息用于检测在传感器105的视场中的对象170。图1中所示的示例性对象170是另一车辆。还示出了最大检测范围160。该最大检测范围160可以基于传感器105之一(例如，雷达***110)或者可以由两个或更多个传感器105(例如，雷达***110和相机120)融合产生。为了说明的目的，本车辆100基于自动变道将驶入的车道被称为目标车道180。在此不详细描述通过一个或多个传感器105对于对象170的检测以及最大检测范围160的确定。通过一个传感器105或多个传感器105的组合对对象170进行检测是公知的，本文详细描述的实施例涉及未检测到的车辆而不是检测到的对象170。另外，对于任何示例性传感器105而言，最大检测范围160的确定是公知的，并且被认为是控制器150的已知参数。参照图4讨论基于跟随车辆400(图4)的最大检测范围160的修改。
如参考图3详细描述的，控制器150假定另一车辆(其出于说明性目的被称为目标车辆200(图2))刚好超出在目标车道180中的最大检测范围160。控制器150计算这一目标车辆200所需的制动以确定是否应当禁止自动变道。为执行本文所讨论的功能，控制器150可包括处理电路，其可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他合适部件。
图2是示出执行根据一个或多个实施例的自动变道的自适应控制的过程的示意图。示出本车辆100以及在其前方的检测到的对象170(另一车辆)。在目标车道180中不存在检测到的对象170。控制器150假定目标车辆200存在于在本车辆100后方且超出最大检测范围160。如上文所述，目标车辆200不是检测到的对象170，而是为了确定是否应该进行自动变道的假定对象。控制器150假定目标车辆200行驶的速度以数值Δ高于速度极限(速度＝速度极限+Δ)。参考图3进一步讨论用于确定数值Δ的因素。在图2中示出了三个区域210、220、230。
识别区域210是目标车辆200将在限定的时间长度(例如1秒)内行驶的距离。这一限定的时间长度被称为识别时间，并且是目标车辆200的驾驶员识别出本车辆100正在变道的假定的持续时间。缓冲区域230距本车辆100的后部一定距离。缓冲区域230距离是基于车辆100的速度设定的。例如，对于车辆100的相对低的速度，缓冲区域可以是大约2米的水平；而对于车辆100的相对高的速度，缓冲区域可以是大约20米的水平。缓冲区域230距离的初始设置或随后细化可以基于实验或经验。
制动区域220是剩余的距离。即，如前所述，控制器150知道最大检测范围160。因此，控制器150可以通过从最大检测范围160中减去基于目标车辆200的假定速度而确定的识别区域210和缓冲区域230来确定制动区域220。这一制动区域220是目标车辆200必须降低其速度以匹配本车辆100的速度的距离，后者这对控制器150是已知。控制器150确定必须在制动区域220内发生的减速度是否大于阈值减速度。即，控制器150确定目标车辆200是否必须过急地制动(根据预定阈值)，以便在到达缓冲区域230之前匹配的本车辆100的速度。如果是，则控制器150确定不应实施自动变道。
图3是示出执行根据一个或多个实施例的自动变道的自适应控制的方法的处理流程300。可以由控制器150执行处理流程300的详细处理。当现有的自主或半自主驾驶***建议自动换道时，可以启动处理流程300。在替代实施例中，在框310和320处的处理可以定期或基于事件(例如，每当本车辆100的速度改变时)而有规律地执行。在框310处，基于使用了哪些传感器105(例如，一个或多个雷达***110)以及本车辆100的速度来确定最大检测范围160。如参考图4进一步所讨论的，当传感器105的视场受到影响时(例如，由图4中的跟随车辆400)，可以修改给定传感器105的最大检测范围160的已知值。当考虑自动变道时(即，由自主驾驶或半自主驾驶***建议)，则最大检测范围160的确定也就是确定到目标车辆200的距离，目标车辆是被假定为刚好处于所使用的传感器105的视场之外的未检测的车辆。
如前所述，在框320处，可以基于速度极限来确定目标车辆200的速度。例如，目标车辆200的速度可以被假定为(速度极限+Δ)，并且Δ可以被选择为例如每小时15英里。例如，可以基于天气条件或其他因素来调整Δ的值。在框330处，处理流程300包括计算目标车辆200在制动区域220中所需的减速度。如上所述，通过从最大检测范围160中减去识别区域210和缓冲区域230的长度来确定制动区域220的长度。在制动区域220的长度D上，目标车辆必须从(在框320中确定的)目标车辆200的所确定的速度T减速至本车辆100的速度S。因此，减速度由下式给出：
Figure BDA0002405647420000061
在框340处，检查利用等式1计算的减速度是否大于阈值减速度。阈值减速度例如可以选择为0.2g(g＝9.81米/秒2)。如果(假想的)目标车辆200在制动区域220中的所需减速度小于或等于阈值(根据框340的检查)，则处理流程300包括在框350处进行自动变道。相反，如果在框330处确定的减速度超过阈值(在框340处)，则处理流程300在框360处包括禁止所计划的自动变道。
图4示出了根据一个或多个实施例的示例性场景，其中，最大检测范围160(在图3的框310处)被修改以执行自动变道的自适应控制。图4示出根据被用于自动变道目的的传感器105(在本车辆100的后部的中间)的最大检测范围160。如果在本车辆100后方的最大检测范围160内没有跟随车辆400，则该最大检测范围160将在图3的框310处被使用。然而，如在图4中所示的示例情形中，当在本车辆100后方存在跟随车辆400时，则最大检测范围160被减小至距离MD，作为框在310处的处理的一部分。
影响距离MD(即，修改后的最大检测范围160)的因素包括本车辆100与跟随车辆400之间的距离，跟随车辆400的宽度W，以及本车辆100的用于检测在本车辆100后方的对象的一个或多个传感器105的位置。在示例性场景中，出于说明性目的，假定本车辆100和跟随车辆400都在车道中居中。因此，从假定传感器105所处的本车辆100的中心到目标车辆200的关注的角部的距离由(L+W/2)给出。当目标车道180在本车辆100的左侧时，所关注的角部是目标车辆200的左角；当目标车道在本车辆100的右侧时，所关注的角部是目标车辆200的右角。L的值基于对于车道宽度和目标车辆200的假定宽度的了解(例如，可以假设目标车辆200处于目标车道180的中心)。
如图4所示，距离MD的值可以基于角度α和传感器105与目标车辆200的关注拐角之间的距离利用与直角三角形有关的方程式确定。因此，距离MD可以由(L+W/2)(tanα)给出。随着本车辆100和跟随车辆400之间的距离增加，角度α的值增加。因此，在所有其他条件相同的情况下，距离MD将增加。随着跟随车辆400的宽度W增加，角度α的值减小。因此，在所有其他条件相同的情况下，距离MD将减小。如果传感器105从所示出的中心移动到本车辆100的左后保险杠处，则角度α增大。此外，(L+W/2)将被减小本车辆100的中心与左后保险杠之间的距离R。因此，距离MD增加为(L+W/2–R)*(tanα)。另一方面，在图4所示的示例性场景中，如果传感器105被移动到本车辆100的右后保险杠，则跟随车辆400将阻挡传感器105的更多视场，并且距离MD将大大减少。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开的意图不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种执行车辆的自动变道的自适应控制的方法，该方法包括：
定位在所述车辆后方目标距离处在目标车道中具有目标速度的目标车辆，其中，所述目标速度大于所述车辆的速度，并且，所述车辆将基于自动变道进入所述目标车道中；
确定目标车辆在小于所述目标距离的制动距离上匹配所述车辆的速度所需的减速度；
确定所述减速度是否超过阈值减速度；以及
基于所述减速度超过阈值减速度而禁止自动变道。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述目标距离确定为所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于检测到在车辆后方的跟随车辆而将所述目标距离确定为小于所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围的距离；以及，基于所述车辆的一个或多个传感器的位置、所述车辆与所述跟随车辆之间的距离以及所述跟随车辆的宽度确定所述目标距离。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述目标速度确定为高于所述目标车道的公示速度极限的固定值。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述目标车辆在一固定时间段内行驶的距离确定为识别距离，以及将所述制动距离确定为所述目标距离减去所述识别距离和预定缓冲距离，其中，确定所述目标车辆所需的减速度是基于以目标速度T为初始速度、以所述车辆的速度S为最终速度、以所述制动距离D为用于所述减速的距离，并且，确定所述目标车辆所需的减速度包括计算：
Figure FDA0002405647410000011
6.一种执行车辆的自动变道的自适应控制的***，该***包括：
一个或多个传感器，其被配置为检测在所述车辆后方的对象；和
处理器，其被配置为：定位在所述车辆后方目标距离处在目标车道中具有目标速度的目标车辆，其中，所述目标速度大于所述车辆的速度，并且，所述车辆将基于自动变道而进入所述目标车道中；确定由所述目标车辆在小于所述目标距离的制动距离上匹配所述车辆的速度所需的减速度；确定所述减速度是否超过阈值减速度；以及，基于所述减速度超过阈值减速度而禁止自动变道。
7.根据权利要求6所述的***，其中，所述处理器被配置为将所述目标距离确定为所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围。
8.根据权利要求6所述的***，其中，所述处理器被配置为基于检测到在车辆后方的跟随车辆，将所述目标距离确定为小于所述车辆的一个或多个传感器的最大检测范围的距离；并且，所述处理器被配置为基于所述车辆的一个或多个传感器的位置、所述车辆与所述跟随车辆之间的距离以及所述跟随车辆的宽度确定所述目标距离。
9.根据权利要求6所述的***，其中，所述处理器被配置为将所述目标速度确定为高于所述目标车道的公示速度极限的固定值。
10.根据权利要求6所述的***，其中，所述处理器被配置为将所述目标车辆在一固定时间段内行驶的距离确定为识别距离，以及将所述制动距离确定为所述目标距离减去所述识别距离和预定缓冲距离，所述处理器被配置为确定由所述目标车辆所需的减速度是基于以目标速度T为初始速度、以所述车辆的速度S为最终速度、以所述制动距离D为用于所述减速的距离，并且确定所述目标车辆所需的减速度包括计算：
Figure FDA0002405647410000021
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