一种换道途中紧急退出的路径规划方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及车辆辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种换道途中紧急退出的路径规划方法、装置和设备。

背景技术

目前随着车联网技术不断发展，高级驾驶辅助系统(ADAS)势必会与车联网技术的发展相结合。基于车联网条件下，L2级别有关车车协同下换道驾驶辅助系统也不断被提出。因此开发相应车车协同下换道高级驾驶辅助系统是避免换道事故产生的重要手段。通过构建换道高级驾驶辅助系统的手段可以降低换道事故，换道策略以及相应的算法构成了换道高级驾驶辅助系统核心，因此需要开发相应的换道策略。

以往对于换道策略的研究局限在换道轨迹优化以及轨迹跟踪控制和驾驶员换道意图识别的单独研究，并没有全面考虑整个换道策略以及如何处理动态危险工况，同时没有考虑换道过程的退出机制，因此并没有得到广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种换道途中紧急退出的路径规划方法、装置和设备，以降低换道过程事故概率。

根据本发明的一方面，提供了一种换道途中紧急退出的路径规划方法，包括：

获取自动换道过程中的本车信息和待切换相邻车道的相邻车信息；

若根据所述本车信息和所述相邻车信息预测本车和相邻车存在碰撞风险，则根据所述本车信息和所述相邻车信息确定临界碰撞时刻；

基于所述临界碰撞时刻，根据所述本车信息和所述相邻车信息确定本车在换道退出起点的起始状态、在换道退出终点的结束状态和换道退出起点至换道退出终点的退出位移；

根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移确定最优换道退出路径，并控制本车按照所述最优换道退出路径紧急退出所述自动换道过程。

根据本发明的另一方面，提供了一种换道途中紧急退出的路径规划装置，包括：

车辆信息获取模块，用于获取自动换道过程中的本车信息和待切换相邻车道的相邻车信息；

碰撞时刻确定模块，用于若根据所述本车信息和所述相邻车信息预测本车和相邻车存在碰撞风险，则根据所述本车信息和所述相邻车信息确定临界碰撞时刻；

路径状态确定模块，用于基于所述临界碰撞时刻，根据所述本车信息和所述相邻车信息确定本车在换道退出起点的起始状态、在换道退出终点的结束状态和换道退出起点至换道退出终点的退出位移；

退出路径规划模块，用于根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移确定最优换道退出路径，并控制本车按照所述最优换道退出路径紧急退出所述自动换道过程。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的换道途中紧急退出的路径规划方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的换道途中紧急退出的路径规划方法。

本发明实施例通过在换道发生危险时退出换道，规划换道退出路径，在满足各项约束并进行优化前提下完成退出换道过程，提高安全性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是根据本发明一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划方法的流程图；

图1B是根据本发明一实施例提供的一种换道途中紧急退出路径规划流程示意图；

图1C是根据本发明一实施例提供的一种左侧退出换道过程示意图；

图1D是根据本发明一实施例提供的一种右侧退出换道过程示意图；

图2A是根据本发明又一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划方法的流程图；

图2B是根据本发明又一实施例提供的一种矩形商用车轮廓与角点建立图；

图3是根据本发明又一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划装置的结构示意图；

图4是实现本发明实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1A为本发明一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划方法的流程图，本实施例可适用于本车在通过ADAS系统自动切换到相邻车道的过程中，主动发现与相邻车的碰撞风险，计算换道退出路径并退出换道的情况，该方法可以由换道途中紧急退出的路径规划装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该装置可配置于具备相应数据处理能力的电子设备中。如图1A所示，该方法包括：

S110、获取自动换道过程中的本车信息和待切换相邻车道的相邻车信息。

其中，本车信息和相邻车信息包括车辆的单元，速度、加速度、横摆角、尺寸、位置。待切换相邻车道可以是本车所在本车道的左侧相邻车道或右侧相邻车道。

具体的，如图1B所示的换道退出路径规划规划流程示意图，在车辆通过ADAS系统自动切换到相邻车道的过程中，本车信息获取单元和目标车信息获取单元分别获取本车信息和待切换车道的相邻车信息。

S120、若根据所述本车信息和所述相邻车信息预测本车和相邻车存在碰撞风险，则根据所述本车信息和所述相邻车信息确定临界碰撞时刻。

具体的，如图1C所示的左侧退出换道过程示意图和图1D所示的右侧退出换道过程示意图。本车在向左/右侧换道时，可能会遇到待切换相邻车道后方的相邻车突然加速等情况，因而需实时判断若按照换道的规划轨迹继续换道，是否会与相邻车碰撞。当根据本车信息和所述相邻车信息确定本车会在未来某一时刻在规划轨迹上与相邻车发生碰撞时，将发生碰撞的临界时刻作为临界碰撞时刻。

S130、基于所述临界碰撞时刻，根据所述本车信息和所述相邻车信息确定本车在换道退出起点的起始状态、在换道退出终点的结束状态和换道退出起点至换道退出终点的退出位移。

其中，所述起始状态包括横向起始速度、横向起始加速度、纵向起始加速度和纵向起始速度；所述结束状态包括横向结束速度、横向结束加速度、纵向结束加速度和纵向结束速度；所述退出位移包括横向退出位移和纵向退出位移。

具体的，将车辆的运动方向划分为横向和纵向两个方向，横向为本车向左/右的平移方向，纵向为本车向前的行驶方向。假设预测到碰撞风险后，在纵向方向上，本车从换道退出起点继续保持当前的纵向速度行驶，直至本车达到换道退出终点；在横向方向上，本车从换道退出起点开始提供一个与待切换车道相反方向的横向加速度，直至本车达到换道退出终点时，本车在横向上没有任何速度和加速度，即本车在换道退出终点的结束状态应为沿本车道匀速直线行驶。基于该假设，分别推断出本车在在换道退出起点的起始状态、在换道退出终点的结束状态和换道退出起点至换道退出终点的退出位移。

S140、根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移确定最优换道退出路径，并控制本车按照所述最优换道退出路径紧急退出所述自动换道过程。

具体的，继续参考图1C和图1D，进行多项式轨迹避撞规划，多项式避撞轨迹是将本车的避撞轨迹表示为与时间相关的参数化方程，利用避撞的起始状态、结束状态、退出位移及避撞总时间来确定多项式参数。设计紧急避撞轨迹，通过快速性、安全性和舒适性等指标对紧急避撞轨迹进行优化。建立优化目标函数，通过优化目标函数得到最优换道退出路径，并控制车辆将最优换道退出路径作为后续的实际轨迹，来紧急退出自动换道过程。

本发明实施例通过在换道发生危险时退出换道，规划换道退出路径，在满足各项约束并进行优化前提下完成退出换道过程，提高安全性。

图2A为本发明又一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化改进。如图2A所示，该方法包括：

S210、获取自动换道过程中的本车信息和待切换相邻车道的相邻车信息。

S220、若根据所述本车信息和所述相邻车信息预测本车和相邻车存在碰撞风险，则根据所述本车信息和所述相邻车信息分别建立本车矩形模型和相邻车矩形模型；

S230、根据所述本车矩形模型和相邻车矩形模型确定临界碰撞时刻。

其中，所述本车矩形模型包括本车左前角点位置、本车右前角点位置、本车横摆角、本车对角线与本车横向对称轴夹角、本车矩形对角线长度和本车矩形车宽；所述相邻车矩形模型包括相邻车左前角点位置、相邻车右前角点位置和相邻车矩形车宽；所述位置包括横向位置和纵向位置。

具体的，当碰撞检测系统预测到将发生碰撞时，开启紧急退出路径规划，将本车和相邻车的车体看成一个矩形模型。如图2B所示，对车体的四个角点分别命名为角点1、角点2、角点3、角点4，角点1位于车辆行驶方向左前方，角点2位于车辆行驶方向右前方，角点3位于车辆行驶方向左后方，角点4位于车辆行驶方向右后方。将本车矩形模型和相邻车矩形模型的碰撞时刻，确定为本车和相邻车的临界碰撞时刻。

可选的，所述待切换相邻车道为左侧车道时，所述临界碰撞时刻t

相应的，所述待切换相邻车道为右侧车道时，所述临界碰撞时刻t

其中，y

具体的，角点1横向位置和纵向位置的计算方法为：

角点2横向位置和纵向位置的计算方法为：

式中，y

本车矩形对角线以及本车对角线与本车横向对称轴夹角计算方法为：

α

式中，L

S240、基于当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、以及本车躲避相邻车的所需横向位移确定本车的横向起始加速度；

S250、分别将当前时刻的纵向速度确定为纵向起始速度和纵向结束速度，将当前时刻的纵向加速度确定为纵向起始加速度和纵向结束加速度，将当前时刻的横向速度确定为横向起始速度，将横向结束速度和横向结束加速度确定为零；

S260、根据本车矩形模型和相邻车矩形模型确定横向退出位移，并根据所述时间差和所述纵向起始速度确定纵向退出位移。

具体的，计算当前时刻t

可选的，所述待切换相邻车道为左侧车道时，所述横向起始加速度a

Δt＝(t

a

相应的，所述待切换相邻车道为右侧车道时，所述横向起始加速度a

Δt＝(t

a

其中，t

可选的，所述横向退出位移y

x

其中，V

具体的，横和纵方向换道退出起点的起始值，除了横方向加速度值a

x

V

a

V

a

x

V

S270、将本车的紧急避撞轨迹表示为与时间相关的参数化方程；根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移作为所述参数化方程的避撞条件参数，得到多项式避撞轨迹；

S280、通过预设的指标对所述多项式避撞轨迹进行优化，并建立优化目标函数求解得到最优换道退出路径。

具体的，多项式轨迹计算方法为：

上式对时间求一阶导得到速度与时间的关系

对时间求二阶导得到

通过避撞条件参数的输入，可以得到未知避撞总时间，通过轨迹规划优化算法得出避撞总时间，并对该避撞总时间进行优化得出最优避撞总时间。通过多项式避撞轨迹得到商用车质心的运动轨迹，通过几何关系运算就可以得到每个角点运动轨迹。

通过避撞条件参数的输入，可以得到未知避撞总时间，通过轨迹规划优化算法得出避撞总时间，并对该避撞总时间进行优化得出最优避撞总时间。通过目标函数优化过程为：

通过避撞优化时间对五次多项式避撞轨迹进行规划，基于避撞时间这个变量进行优化，最终通过优化算法求出该最优变量。X

本发明实施例通过换道途中紧急退出路径规划方法，在换道危险时，通过采集到的数据并结合算法规划出退出换道路径，并通过优化算法得到最优换道轨迹，降低换道过程事故概率。

图3为本发明又一实施例提供的一种换道途中紧急退出的路径规划装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括：

车辆信息获取模块310，用于获取自动换道过程中的本车信息和待切换相邻车道的相邻车信息；

碰撞时刻确定模块320，用于若根据所述本车信息和所述相邻车信息预测本车和相邻车存在碰撞风险，则根据所述本车信息和所述相邻车信息确定临界碰撞时刻；

路径状态确定模块330，用于基于所述临界碰撞时刻，根据所述本车信息和所述相邻车信息确定本车在换道退出起点的起始状态、在换道退出终点的结束状态和换道退出起点至换道退出终点的退出位移；

退出路径规划模块340，用于根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移确定最优换道退出路径，并控制本车按照所述最优换道退出路径紧急退出所述自动换道过程。

本发明实施例所提供的换道途中紧急退出的路径规划装置可执行本发明任意实施例所提供的换道途中紧急退出的路径规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

可选的，碰撞时刻确定模块320包括：

车辆模型建立单元，用于根据所述本车信息和所述相邻车信息分别建立本车矩形模型和相邻车矩形模型；

碰撞时刻确定单元，用于根据所述本车矩形模型和相邻车矩形模型确定临界碰撞时刻；

其中，所述本车矩形模型包括本车左前角点位置、本车右前角点位置、本车横摆角、本车对角线与本车横向对称轴夹角、本车矩形对角线长度和本车矩形车宽；所述相邻车矩形模型包括相邻车左前角点位置、相邻车右前角点位置和相邻车矩形车宽；所述位置包括横向位置和纵向位置。

可选的，所述待切换相邻车道为左侧车道时，所述临界碰撞时刻t

相应的，所述待切换相邻车道为右侧车道时，所述临界碰撞时刻t

其中，y

可选的，所述起始状态包括横向起始速度、横向起始加速度、纵向起始加速度和纵向起始速度；所述结束状态包括横向结束速度、横向结束加速度、纵向结束加速度和纵向结束速度；所述退出位移包括横向退出位移和纵向退出位移，所述路径状态确定模块330包括：

横向起始加速度确定单元，用于基于当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、以及本车躲避相邻车的所需横向位移确定本车的横向起始加速度；

纵向状态确定单元，用于分别将当前时刻的纵向速度确定为纵向起始速度和纵向结束速度，将当前时刻的纵向加速度确定为纵向起始加速度和纵向结束加速度，将当前时刻的横向速度确定为横向起始速度，将横向结束速度和横向结束加速度确定为零；

退出位移确定单元，用于根据本车矩形模型和相邻车矩形模型确定横向退出位移，并根据所述时间差和所述纵向起始速度确定纵向退出位移。

可选的，所述待切换相邻车道为左侧车道时，所述横向起始加速度a

Δt＝(t

a

相应的，所述待切换相邻车道为右侧车道时，所述横向起始加速度a

Δt＝(t

a

其中，t

可选的，所述横向退出位移y

x

其中，V

可选的，所述根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移确定最优换道退出路径包括：

将本车的紧急避撞轨迹表示为与时间相关的参数化方程；

根据所述起始状态、当前时刻与所述临界碰撞时刻的时间差、所述结束状态和所述退出位移作为所述参数化方程的避撞条件参数，得到多项式避撞轨迹；

通过预设的指标对所述多项式避撞轨迹进行优化，并建立优化目标函数求解得到最优换道退出路径。

进一步说明的换道途中紧急退出的路径规划装置也可执行本发明任意实施例所提供的换道途中紧急退出的路径规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图4示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备40的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图4所示，电子设备40包括至少一个处理器41，以及与至少一个处理器41通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)42、随机访问存储器(RAM)43等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器41可以根据存储在只读存储器(ROM)42中的计算机程序或者从存储单元48加载到随机访问存储器(RAM)43中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 43中，还可存储电子设备40操作所需的各种程序和数据。处理器41、ROM 42以及RAM 43通过总线44彼此相连。输入/输出(I/O)接口45也连接至总线44。

电子设备40中的多个部件连接至I/O接口45，包括：输入单元46，例如键盘、鼠标等；输出单元47，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元48，例如磁盘、光盘等；以及通信单元49，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元49允许电子设备40通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器41可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器41的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器41执行上文所描述的各个方法和处理，例如换道途中紧急退出的路径规划方法。

在一些实施例中，换道途中紧急退出的路径规划方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元48。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 42和/或通信单元49而被载入和/或安装到电子设备40上。当计算机程序加载到RAM 43并由处理器41执行时，可以执行上文描述的换道途中紧急退出的路径规划方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器41可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行换道途中紧急退出的路径规划方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。