一种基于逻辑规则的换道决策系统及方法技术方案

本发明专利技术适用于自动驾驶技术领域，提供了一种基于逻辑规则的换道决策系统及方法，系统包括：传感器信息预处理模块；车道条件判断模块，用于判断车道条件；换道需求判断模块，用于判断换道需求；换道安全判断模块，用于判断换道安全；换道决策模块，用于对车道条件、换道需求和换道安全的判断结果进行综合决策。本发明专利技术通过Stateflow分层状态机模型建立了换道决策模型，通过此换道决策模型验证了该换道决策算法可实现车辆在城区直线道路的换道决策，大幅减少因换道导致的交通事故，有效保证车辆在复杂环境中换道的安全性、可靠性，减轻驾驶员驾驶压力，提升驾驶舒适性。提升驾驶舒适性。提升驾驶舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逻辑规则的换道决策系统及方法


[0001]本专利技术属于自动驾驶
，尤其涉及一种基于逻辑规则的换道决策系统及方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济与科技的飞速发展，世界各国汽车保有量快速增长。汽车数量的增加为人们的日常出行带来极大便利的同时，也为交通安全及道路通行带来严峻挑战，为了保障驾驶人行车安全，改善民众出行环境，同时伴随着互联网技术、人工智能技术的飞速发展，自动驾驶技术成为世界汽车产业重要的发展和研究方向。近年以来，各大车企纷纷开展了自动驾驶技术的研究，国外汽车厂商开发了众多L2级自动驾驶系统，例如ACC系统、CCS系统和AEB系统等，以辅助驾驶员驾驶，减轻驾驶员驾驶压力，保障行车安全。国内汽车厂商同样推出了L2级别的自动驾驶汽车，例如已经投入量产的吉利汽车
‑
缤越、长城汽车
‑
哈弗F7等。由此可见，目前国内外L2级自动驾驶技术已经趋于成熟，L3级自动驾驶将成为下一个技术竞争的焦点。
[0003]自动驾驶技术主要由环境感知、行为决策、轨迹规划和控制执行四大模块组成，车辆在行驶的过程中通过车载摄像头、雷达等传感器收集车辆周围道路环境信息进行数据处理，经过处理的数据信息将被传输至车载终端进行行为决策，车载终端根据车辆所处的道路环境，对车辆的行驶路径进行规划，最后由执行机构控制车辆按照预期路径行驶。
[0004]行为决策模块在自动驾驶系统中起到了决定性作用。其中，车辆换道动作是自动驾驶车辆在多车道道路行驶时所必须的一类基本动作，同样也是车辆实现高度自动驾驶所必需的一类动作，但是由于受到复杂环境，微观数据获取存在误差等问题的影响，换道决策算法仍需要进一步的完善。基于当前的研究结果，可以认为自动驾驶车辆的换道决策技术主要分为两个研究方向：基于逻辑规则的决策和基于机器学习的决策。本申请基于逻辑规则的决策来进行优化，以解决自动驾驶车辆在自主换道决策算法方面存在的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于逻辑规则的换道决策系统及方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于逻辑规则的换道决策系统，包括：车道条件判断模块、换道需求判断模块、换道安全判断模块、换道决策模块和传感器信息预处理模块；
[0008]所述车道条件判断模块，用于判断车道条件；
[0009]所述换道需求判断模块，用于判断换道需求；
[0010]所述换道安全判断模块，用于判断换道安全；
[0011]所述换道决策模块，用于对车道条件、换道需求和换道安全的判断结果进行综合决策。
[0012]进一步的，所述车道条件判断模块基于分析车道线标志传感器数据判断车道条件，包括：Matlab Function模块根据分析车辆左右车道的车道线有效性和车道线的车道ID输出相应的左/右换道标志位。
[0013]进一步的，所述换道需求判断模块接收由传感器信息预处理模块筛选的当前车道车辆信息：相对距离与相对速度，驾驶员的换道需求受以下因素的影响：
[0014]驾驶员的期望速度，通过车速不满度与车速不满累积度量化驾驶员驾驶车辆行驶时的换道意图；
[0015]与前方车辆存在碰撞的可能，通过TTC碰撞时间衡量换道意图的产生；
[0016]将最终计算的车速不满累积度和TTC碰撞时间输入Matlab Function模块，当车速不满累积度和TTC碰撞时间中有一个数值处于阈值区间内，判断换道需求产生，Matlab Function模块输出相应的换道需求标志位。
[0017]进一步的，所述车速不满度的计算公式为：
[0018][0019]其中，K为一段时间内的车速不满度，e为增益系数，u
exp
为当前车辆速度，u
pre
为车辆期望速度，Δu为车速误差上限，Δt为采样时间间隔；
[0020]车速不满累积度的计算公式为：
[0021][0022]其中，K(n)为第n个采样时间间隔后的车速不满累积度；
[0023]当车速不满累积度超过一定阈值Km，即：K(n)≥Km，换道意图产生；
[0024]TTC碰撞时间的计算公式为：
[0025][0026]其中，S为前方障碍物相对车辆的距离，Δu为前方障碍物相对车辆的速度；
[0027]当TTC处于一定范围内，即：TTC1≤TTC≤TTC2，换道意图产生。
[0028]进一步的，所述换道安全判断模块接收由传感器信息预处理模块筛选的目标车道车辆信息：前置雷达传感器探测到的前方车辆相对距离和前方车辆相对速度，后置雷达传感器探测到的后方车辆相对距离和后方车辆相对速度；所述换道安全判断模块在换道的目标车道规划出一块换道安全区域，以判断车辆换道的安全性，安全区域的表达通过前方车辆安全距离和后方车辆安全距离体现，Matlab Function模块分别对前方和后方进行安全区域预测，并输出相应的安全标志位。
[0029]进一步的，所述前方车辆安全距离的计算公式为：
[0030][0031]后方车辆安全距离的计算公式为：
[0032][0033]其中，l
F
表示试验车辆与前方车辆的纵向距离，l
R
表示试验车辆与后方车辆的纵向距离，L表示试验车辆长度，D表示换道安全距离阈值，u
pre
表示试验车辆的纵向速度，u
F
表示前方车辆的纵向速度，u
r
表示后方车辆的纵向速度。
[0034]进一步的，所述换道决策模块判断是否进行制动的输入包括车道条件判断模块输出的左/右换道标志位、换道需求判断模块输出的换道需求标志位、换道安全判断模块输出的换道安全标志位以及TTC碰撞时间，换道决策模块根据换道规则，经过状态机的层间状态转移，输出相应的跟驰、换道和制动指令。
[0035]一种基于逻辑规则的换道决策方法，包括以下步骤：
[0036]根据传感器数据判断车道条件；
[0037]根据传感器数据判断判断换道需求；
[0038]根据传感器数据判断换道安全；
[0039]对车道条件、换道需求和换道安全的判断结果进行综合决策；
[0040]在Prescan构建三种换道关键场景，并在Matlab/Simulink中建立换道决策模型，对各个场景换道决策结果进行分析，验证车道条件判断模块、换道需求判断模块、换道安全判断模块和换道决策模块的可行性和可靠性，完成自动驾驶车辆换道决策过程。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0042]该基于逻辑规则的换道决策系统及方法，通过Stateflow分层状态机模型建立了换道决策模型，通过此换道决策模型验证了该换道决策算法可实现车辆在城区直线道路的换道决策，大幅减少因换道导致的交通事故，有效保证车辆在复杂环境中换道的安全性、可靠性，减轻驾驶员驾驶压力，提升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于逻辑规则的换道决策系统，其特征在于，包括：车道条件判断模块、换道需求判断模块、换道安全判断模块、换道决策模块和传感器信息预处理模块；所述车道条件判断模块，用于判断车道条件；所述换道需求判断模块，用于判断换道需求；所述换道安全判断模块，用于判断换道安全；所述换道决策模块，用于对车道条件、换道需求和换道安全的判断结果进行综合决策。2.根据权利要求1所述的基于逻辑规则的换道决策系统，其特征在于，所述车道条件判断模块基于分析车道线标志传感器数据判断车道条件，包括：Matlab Function模块根据分析车辆左右车道的车道线有效性和车道线的车道ID输出相应的左/右换道标志位。3.根据权利要求1所述的基于逻辑规则的换道决策系统，其特征在于，所述换道需求判断模块接收由传感器信息预处理模块筛选的当前车道车辆信息：相对距离与相对速度，驾驶员的换道需求受以下因素的影响：驾驶员的期望速度，通过车速不满度与车速不满累积度量化驾驶员驾驶车辆行驶时的换道意图；与前方车辆存在碰撞的可能，通过TTC碰撞时间衡量换道意图的产生；将最终计算的车速不满累积度和TTC碰撞时间输入Matlab Function模块，当车速不满累积度和TTC碰撞时间中有一个数值处于阈值区间内，判断换道需求产生，Matlab Function模块输出相应的换道需求标志位。4.根据权利要求3所述的基于逻辑规则的换道决策系统，其特征在于，所述车速不满度的计算公式为：其中，K为一段时间内的车速不满度，e为增益系数，u
exp
为当前车辆速度，u
pre
为车辆期望速度，Δu为车速误差上限，Δu为采样时间间隔；车速不满累积度的计算公式为：其中，K(n)为第n个采样时间间隔后的车速不满累积度；当车速不满累积度超过一定阈值Km，即：K(n)≥Km，换道意图产生；TTC碰撞时间的计算公式为：其中，S为前方障碍物相对车辆的距离，Δu为前方障碍物相对车辆的速度；当TTC处于一定范围内，即：TTC1≤TTC≤TTC2，换道意图产生。5.根据权利要求1所述的基于逻辑规则的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建华，刘嘉鑫，刘俊逸，靳立强，张涵，
申请(专利权)人：长沙汽车创新研究院，
类型：发明
国别省市：