基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法及系统，换道决策方法包括：建立车辆动力学模型；建立道路试验场景；定义有限机的顶层状态；定义有限机底层状态；获取当前本车的运行状态信息以及获取本车驾驶环境中的路况、行人以及交通车辆的交通信息；在给定全局路径后，将获取的当前本车的运行状态信息和交通信息交互情况输送给有限状态机；搭建模糊控制器，基于模糊推理判断本车的驾驶意图，并做出相应的行为决策，进行联合仿真；本发明专利技术解决有限状态机对特定场景缺乏遍历深度的问题，提升场景遍历深度，提升换道决策的准确性与合理性、增强自动驾驶的安全性，合理控制车辆速度，提高行驶效率。提高行驶效率。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法及系统


[0001]本专利技术属于智能车辆
，尤其涉及一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法及系统。

技术介绍

[0002]在新一轮科技革命的背景下，5G、云计算、人工智能等新兴技术得到快速发展，并快速渗透到了交通领域中，促进了智能驾驶技术的发展，汽车的智能化变革已成不可逆之势。行为决策作为智能车的大脑，在判别车辆行驶状态与发送驾驶指令等方面发挥着重要的作用。决策系统的算法主要有基于规则和基于学习算法两大类，基于规则的决策代表方法为有限状态机。
[0003]有限状态机按照结构可分为串联式、并联式和混联式。基于有限状态机的决策方法具备场景遍历广度优势，但对某一特定场景缺乏遍历的深度，其状态转移条件也较为简单。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法及系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，包括：
[0006]搭建行为决策及轨迹规划模型以及建立车辆动力学模型；
[0007]建立道路试验场景并进行联合仿真；
[0008]定义有限机的顶层状态为：启动、路上、预进入路口和匝道口；
[0009]定义有限机底层状态为：车道保持、左换道、右换道、加速和减速；
[0010]通过车载传感器获取当前本车的运行状态信息以及获取本车驾驶环境中的路况、行人以及交通车辆的交通信息；
[0011]在给定全局路径后，将获取的当前本车的运行状态信息和交通信息交互情况输送给有限状态机，搭建模糊控制器，基于模糊推理判断本车的驾驶意图，并做出相应的行为决策，其中，所述的行为决策包括行驶、跟随、变道和停车指令。
[0012]进一步地，还包括：
[0013]探测前方是否有交通车，与其距离大于第一阈值时，本车处于自由行驶状态，且速度逐渐增加；
[0014]探测与前方交通车的距离达到第一阈值时，本车进行车辆追踪，并实时监测本车和前方交通车的车速；
[0015]当检测到与前车距离以及与前车的速度差使模糊推理得到的换道意愿系数达到换道临界阈值，车辆开始左换道，换道过程中探测本车边界与周围交通车的距离，根据距离大小自动调整速度；
[0016]探测前方无障碍物，车辆以设定的第一速度自由行驶，且不超过最高限速；
[0017]在规划路线上，距离需驶离的匝道口预设距离时，检测到车辆不位于右侧车道，则进行右变道，而后通过匝道口驶离公路。
[0018]进一步地，还包括：
[0019]本车与交通车的速度差值和车距确保了在满足驾驶距离安全性的前提下，接近设定的期望速度；
[0020]在单向双车道公路环境中行驶时，当自车的行驶速度高于期望速度且超过前车速度时，车辆越趋向于变道；其中，速度差值系数由下式定义：
[0021][0022]式中：v
c
为本车的速度；v
desire
为期望速度；v
f
为前车速度；c1为速度差值调节系数，用来调节速度差对趋向于换道的影响程度。
[0023]进一步地，为确保行驶安全性，车辆需要与前面的交通车保持一定的安全距离；安全距离模型为汽车主动避障的安全距离模型，公式为：
[0024][0025]车距期望值大于安全距离模型，令D
f
＝D
sf
+10。车距期望系数由下式定义：
[0026][0027]式中：D
cf
为自车与前车的实际距离；c2为距离调节系数，用来调节距离对趋向于换道的影响程度。
[0028]进一步地，为确保制动安全性，车辆需要与后面的交通车保持一定的安全距离，距离公式为：
[0029][0030]式中：v
r0
和a
r
分别为后车的初速度和最大加速度，a
c
为自车的最大加速度。
[0031]本车与后车的车距期望系数由下式定义：
[0032][0033]式中：D
cr
为自车与后车的实际距离。
[0034]进一步地，还将本车与前方的交通车的速度差值系数和车距系数输入到模糊决策模块，通过模糊化、逻辑推理和清晰化，输出换道意愿系数，即完成模糊决策推理判断出本车的换道意愿
[0035]进一步地，将和输入到模糊决策模块，输出为划分系数区间的多个语言值，隶属度函数选为三角函数；
[0036]越大、越小、越大，则换道意愿系数越强，基于此共制定模糊规则；
[0037]采用Mamdani查表法进行模糊推理，通过重心法将推导出来的模糊量转化为精确量输出，最终得到换道意愿系数输送给有限状态机；
[0038]当换道意愿系数达到阈值，并且左右两侧一定范围内无交通车时，进行换道决策。
[0039]进一步地，获取当前本车的运行状态信息包括：
[0040]获取当前本车的车辆航向角，为轨迹跟踪提供输入指令；
[0041]获取当前本车的车辆当前行驶速度；
[0042]获取当前本车的本车当前横摆角姿态，判断是在直线行驶还在有转弯趋势；
[0043]获取当前本车的电子稳定程序，判断本地功能是否激活并控制车辆；
[0044]获取当前本车的车道居中保持辅助功能是否开启；
[0045]获取当前本车的横向速度，判断本车是否无前车碰撞风险；
[0046]检测驾驶员是否操作了自动变道辅助开关，当车辆处于辅助驾驶模式时，驾驶员按下转向灯拨杆，且换道意愿大于阈值，变道功能通过检测周围车辆，在无碰撞风险时，自动控制车辆进行变道；
[0047]检测驾驶员操作方向盘的手力矩大小以及驾驶员手力矩方向与请求力矩方向是否相同，判断驾驶员是否主动介入，同时检测驾驶员是否脱手方向盘，以及脱手报警；
[0048]检测驾驶员操作方向盘的速度，判断驾驶员是否实施主动转向；
[0049]检测驾驶员踩下制动踏板的力度；
[0050]检测驾驶员踩下油门踏板的力度，判断车辆的加速度；
[0051]检测驾驶员是否操作了转向开关；
[0052]检测驾驶员是否操作了危险警报灯开关。
[0053]进一步地，获取驾驶环境中的路况以及交通车辆的交通信息包括：
[0054]获取驾驶环境中本车前方的车道是直路还是弯路，若为弯路并可获知弯道的半径，从而判断本车当前是否即将行驶如弯道；
[0055]获取驾驶环境中本车前方当前车道的宽度；
[0056]获取驾驶环境中本车距离两侧车道线的距离，判断本车在当前车道内的位置、本车是否压线行驶；
[0057]是否能获取到驾驶环境中本车相关侧车道边界，判断自车道是否丢失，无车道线时跟随前车轨迹；
[0058]是否获取到驾驶环境中本车前方车辆，判断前车是否丢失，以及计算与前车的速度差和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，其特征在于，包括：搭建行为决策及轨迹规划模型，建立车辆动力学模型；建立道路试验场景并进行联合仿真；定义有限机的顶层状态为：启动、路上、预进入路口和匝道口；定义有限机底层状态为：车道保持、左换道、右换道、加速和减速；通过车载传感器获取当前本车的运行状态信息以及获取本车驾驶环境中的路况、行人以及交通车辆的交通信息；在给定全局路径后，将获取的当前本车的运行状态信息和交通信息交互情况输送给有限状态机，搭建模糊控制器，基于模糊推理判断本车的驾驶意图，并做出相应的行为决策，其中，所述的行为决策包括行驶、跟随、变道和停车指令。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，其特征在于，将获取的当前本车的运行状态信息和交通信息交互情况输送给有限状态机，基于模糊推理判断本车的驾驶意图，并做出相应的行为决策，包括：探测前方是否有交通车，与其距离大于第一阈值时，本车处于自由行驶状态，且速度逐渐增加；探测与前方交通车的距离达到第一阈值时，本车进行车辆追踪，并实时监测本车和前方交通车的车速；当检测到与前车距离以及与前车的速度差使模糊推理得到的换道意愿系数达到换道临界阈值，车辆开始左换道，换道过程中探测本车边界与周围交通车的距离，根据距离大小自动调整速度；探测前方无障碍物，车辆以设定的第一速度自由行驶，且不超过最高限速；探测到前方有障碍物，车辆绕过静态障碍物，并自适应调整车速，保持本车全程平稳行驶；在规划路线上，距离需驶离的匝道口预设距离时，检测到车辆不位于右侧车道，则进行右变道，而后通过匝道口驶离公路。3.根据权利要求2所述的一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，其特征在于，包括：本车与交通车的速度差值和车距确保了在满足驾驶距离安全性的前提下，接近设定的期望速度；在单向双车道公路环境中行驶时，当自车的行驶速度高于期望速度且超过前车速度时，车辆越趋向于变道；其中，速度差值系数由下式定义：式中：v
c
为本车的速度；v
desire
为期望速度；v
f
为前车速度；c1为速度差值调节系数，用来调节速度差对趋向于换道的影响程度。4.根据权利要求3所述的一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，其特征在于，包括：
为确保行驶安全性，车辆需要与前面的交通车保持一定的安全距离；安全距离模型为汽车主动避障的安全距离模型，公式为：车距期望值大于安全距离模型，令D
f
＝D
sf
+10。车距期望系数由下式定义：式中：D
cf
为自车与前车的实际距离；c2为距离调节系数，用来调节距离对趋向于换道的影响程度。5.根据权利要求4所述的一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策方法，其特征在于，包括：为确保制动安全性，车辆需要与后面的交通车保持一定的安全距离，距离公式为：式中：v
r0
和a
r
分别为后车的初速度和最大加速度，a
c
为自车的最大加速度。本车与后车的车距期望系数由下式定义：式中：D
cr
为自车与后车的实际距离。6.根据权利要求5所述的一种基于模糊推理和有限状态机的换道决策...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，苏东旭，马文峰，王子军，李成浩，赵一，路文哲，程门立雪，张建刚，孙启越，
申请(专利权)人：一汽奔腾轿车有限公司，
类型：发明
国别省市：