具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

实施例1

本发明实施例提供的一种基于自动驾驶的变道避障方法，如图1、图2所示，在本实施例中，包括步骤S1～S4：

S1、当判断到本车M₀需要变道时，获取其周围的行车环境数据。

在本实施例中，本车M₀需要变道的判断依据为，本车M₀的行驶速度大于同车道前车M_F的行驶速度、且两车之间的间距达到第一阈值；

获取其周围的行车环境数据具体为：以目标车道的近侧(即靠近本车的一侧)车道线为Y轴、以过当前本车M₀几何中心的直线为X轴建立坐标系，进而采用感知元件获取行车环境数据，包括本车M₀所在车道及相邻车道上的目标车辆的车辆数据，车辆数据包括即时位置、即时速度和车身数据。

例如，以本车M₀左侧车道线(此时为仅对左侧车道的避障预测；若是对右侧车道的避障预测，则选择右侧车道线)为Y轴，而以过本车M₀几何中心且垂直与Y轴的直线为X轴，建立欧氏坐标系。

优选地，感知元件包括但不限于雷达和照相机，可实时监测与本车M₀同车道的前车M_F，以及相邻车道上所有的目标车辆，包括：左车道上Y值为负的车辆M_LN、右车道上Y值为负的车辆M_RN；右车道上Y值为零或正的车辆M_LP，右车道上Y值为零或正的车辆M_RP。

为降低系统运算量，提高系统实时性，对目标车辆进行优选，左车道的优选目标车辆为：左车道上距离本车最近的Y值为负的车辆M_LN1，左车道上距离本车最近的Y值为零或正的车辆M_LP1，以及车辆M_LP1的前车M_LP2(即M_LP2在M_LP1右前方行驶)。

同理，右车道的优选目标车辆为：右车道上距离本车最近的Y值为负的车辆M_RN1，左车道上距离本车最近的Y值为零或正的车辆M_RP1，以及车辆M_RP1的前车M_RP2(即M_RP2在M_RP1右前方行驶)。

本实施例以目标车道的近侧(即靠近本车的一侧)车道线为Y轴、以过当前本车M₀几何中心的直线为X轴建立坐标系，对周围的环境进行识别、定位，可直接获取周围的目标障碍物与本车M₀的实际距离，从而能够提高计算效率，以提高变道碰撞的风险预测效率。

S2、获取本车M₀的行车状态，并规划变道路径，包括步骤S21～S22：

S21、获取本车M₀当前的行车状态，包括行车速度、行车加速度以及与目标车道的横向距离；

S22、根据行车速度确定所有可选择的转弯半径，进而结合行车加速度以及横向距离规划对应的变道路径。

在本实施例中，变道是从本车M₀所在车道的中间位置变道至目标车道的中间位置，因此本车M₀与目标车道的横向距离优选为车道宽度D。

在本实施例中，根据本车M₀的当前车速V_M0，选择兼顾安全与舒适性的车辆转弯半径R。

例如：

①当车速V_M0在30千米/小时以下时，转弯半径以本车M₀的最小转弯半径为第一选择R1，增加一个固定值m为第二选择R2，即第二选择的转弯半径为：R2＝R1+m；然后在第二选择的基础上转弯半径再增加m为第三选择：R3＝R1+2m；依次类推到第五选择：R5＝R1+4m。

②当车速V_M0在30-70千米/小时，本车M₀设定的首个转弯半径R6为上述第五选择R5的基础上增加一个固定值n，即：R6＝R5+n；依此类推，R10＝R5+5n。

③当车速V_M0超过70千米/小时，选择首个转弯半径为：R11＝R10+p；依次选择的转弯半径，R12＝R10+2p，直到R15＝R10+4p。

本实施例针对变道的空间自由度，预先确定基于当前行车速度的所有可选择的转弯半径，以规划出对应的变道路径，从而覆盖所有的避障可能性，尽可能地保证用户的行车安全。

S3、根据变道路径确定对应的变道判断区间，并根据行车环境数据获取在变道判断区间内目标障碍物的运动区域，包括步骤S31～S33：

S31、根据变道路径、行车速度和行车加速度，确定本车M₀执行变道避障的变道判断区间；

S32、根据目标车辆的即时位置、即时速度，计算在变道判断区间内目标车辆的运动轨迹；

S33、根据目标车辆的运动轨迹和车身数据，计算对应的目标障碍物的运动区域。

其中，变道判断区间为本车执行变道的时间区间，或者为本车从进入所述目标车道到完成变道之间的时间区间；目标车辆的车身数据包括其车身长度和车身宽度；目标障碍物的运动区域为目标车辆各特征点(包括左前点、右前点、左后点、右后点)的坐标组成的区域。

本实施例依据变道路径、行车速度和行车加速度，计算出本车M₀进入目标车道的时间节点作为变道判断区间，计算变道判断区间内的碰撞风险，此时间节点可有效判断出本车M₀在整个变道路径中的碰撞风险，提高风险预测效率。

S4、根据预设条件、变道路径、运动区域，判断本车M₀变道是否存在碰撞风险，并根据判断结果确定是否执行变道路径，包括步骤S41～S42：

S41、从所有行车加速度为0的变道路径中，获取在变道判断区间内本车上的预设标志位的标志坐标，并与运动区域进行比对，进而根据预设条件判断是否存在无碰撞风险的变道路径，若是则根据预设规则从所有可执行的变道路径中选择目标变道路径并执行，若否则进入下一步。

其中，预设标志位包括：以本车M₀靠近目标车道一侧的前端最突出部位为第一标志位P1，以本车M₀靠近目标车道一侧的后端最突出部位为第二标志位P2；

以左车道避障为例，第一标志位P1为本车M₀的左前部位(例如左前灯)、第二标志位P2为左后部位(例如左后灯)。

预设条件为：第一标志位P1坐标(x_p1,y_p1)与目标车辆M_LN、M_LP各特征点的坐标之差均大于第一阈值A，第二标志位P2坐标(x_p2,y_p2)与目标车辆M_LN、M_LP各特征点的坐标之差均大于第二阈值B，本车M₀与同车道前车M_F的间距大于第三阈值C。

第一阈值A、第二阈值B、第三阈值C可根据实际进行设定。

在本实施例中，步骤S41包括步骤A～D：

A、获取所有行车加速度为0的变道路径，并根据本车M₀的车身数据，计算在变道判断区间内的每一变道路径中本车M₀上预设标志位的标志坐标；

B、根据标志坐标及对应时刻的运动区域，计算第一距离、第二距离；

C、判断是否存在至少一组第一距离、第二距离均始终满足预设条件，若是则判断无碰撞风险并获取对应的可执行的转弯半径进入下一步，否则判断存在碰撞风险并进入步骤S42；

D、根据预设规则从所有可执行的转弯半径中，获取目标转弯半径，并执行相应的变道路径。

S42、从所有行车加速度大于0的变道路径中，获取在变道判断区间内本车M₀上的预设标志位的标志坐标，并与运动区域进行比对，进而根据预设条件判断是否存在无碰撞风险的变道路径，若是则根据预设规则从所有可执行的变道路径中选择目标变道路径并执行，若否则禁止本次变道操作。

在本实施例中，步骤S42包括步骤E～H：

E、获取所有行车加速度大于0的变道路径，并根据本车M₀的车身数据，计算在变道判断区间内的每一变道路径中本车M₀上预设标志位的标志坐标；

F、根据标志坐标及对应时刻的运动区域，计算第一距离、第二距离；

G、判断是否存在至少一组第一距离、第二距离均始终满足预设条件，若是则判断无碰撞风险并获取对应的可执行的转弯半径进入下一步，若否则禁止变道操作并减速，返回步骤S1或结束本次变道规划；

H、根据预设规则从所有可执行的转弯半径中，获取目标转弯半径，并执行相应的变道路径。

本实施例获取每一变道路径中本车M₀上预设标志位的标志坐标，将预设标志位作为碰撞预测点，通过标志坐标计算出其与所有运动区域的第一距离、以及此时本车M₀与同车道前车M_F的第二距离，并对比预设阈值，通过数据化的比对，可快速且直观地反应出对应变道路径的变道风险，从而大幅度提高变道避障预测效率；根据预设规则从所有可执行的转弯半径中，获取目标转弯半径，并执行相应的变道路径，给予用户最佳的使用体验。

以左车道避障为例，变道路径由两段中心对称的圆弧路径连接而成，两段圆弧路径的交点在目标车道的近侧(即靠近本车的一侧)车道线上。

以上步骤S41和步骤S42中的预设标志位包括：本车M₀靠近目标车道一侧的前端最突出部位为第一标志位坐标P1(x_p1,y_p1)，与目标车道线重合时的重合点；以及，本车M₀靠近目标车道一侧的后端最突出部位为第二标志位坐标P2(x_p2,y_p2)，具体的计算公式如下：

其中，(X_M0,Y_M0)为本车M₀的几何中心点在任意时刻t的坐标值；L_M0是本车M₀车身长度，d_M0是本车M₀车身宽度；β是本车M₀在变道过程中车辆几何中心与转弯圆心的连线与X轴的夹角，可根据任一时刻t本车M₀的位置计算得到。

此时，本车的几何中心点(X_M0,Y_M0)的确定方法如下：

首先，计算本车M₀在转弯过程中在本车道上行驶的弧线轨迹所对应的角度θ及变道弧线的总长度S：

S＝2R*θ；

其中，R是选定的转弯半径，D为车道宽度。

当本车M₀以匀速行驶时(行车加速度为0)：

步骤A1、根据变道弧线的总长度S计算本车M₀以恒定的速度V_M0进行变道，完成变道需要的时间Tu。

步骤B1、当时，按照下列公式计算本车M₀的几何中心点的坐标(X_M0,Y_M0)。

显然，当时，本车M₀的几何中心点位于本车道：

步骤C1、当时，按照下列公式计算本车M₀的几何中心点的坐标。

显然，当时，本车M₀的几何中心点位于左车道，则：

其中，本车M₀左前最突出的部位是左前灯，左后最突出的部位是左后灯。

随后，在本车行驶的任一t时刻(优选为本车M₀进入目标车道的时间节点)，判断在所有预设的、可选择的转弯半径中，是否存在满足预设条件的可执行的转弯半径R(即是否存在可执行的变道路径)，如果存在并且满足预设条件的R值唯一，则以该R值作为目标转弯半径向左车道变道，如果存在多个满足预设条件的R值，则选择其中最大的一个R值作为转弯半径向左车道变道，否则判断车辆有碰撞风险，进入步骤S42。

当本车M₀以加速度a行驶时(行车加速度大于0)：

步骤A2、计算在初速度为V_M0、以加速度a的情况下，完成变道路径弧长的所需的时间T_a1、以及加速完成变道路径弧长S所需的时间T_a2。

本车M₀的几何中心车道分界线时的瞬时速度为V_B：

步骤B2、当t∈(0,T_a1)时，按照下列公式计算本车M₀的几何中心点的坐标：

显然，当t∈(0,T_a1)时，本车M₀的几何中心点位于本车道，则：

步骤C2、当t∈[T_a1,T_a2]时，按照下列公式计算本车M₀的几何中心点的坐标：

显然，当t∈[T_a1,T_a2]时，本车M₀的几何中心点位于左车道，则：

最后，在本车行驶的任一t时刻(优选为本车M₀进入目标车道的时间节点)，判断在所有预设的、可选择的转弯半径中，是否存在满足预设条件的可执行的转弯半径R(即是否存在可执行的变道路径)，如果存在并且满足预设条件的R值唯一，则以该R值作为目标转弯半径向左车道变道，如果存在多个满足预设条件的R值，则选择其中最大的一个R值作为转弯半径向左车道变道，否则本车不进行变道操作，实施减速，进行下一轮计算或者根据导航或其它条件终止变道计算。

其中，以上加速度a既然可以是固定值，也可以以a(0)为初始值，以a(max)为终点值，按照△a步进。

同理，若车辆避障过程中本车M₀右侧存在右车道，可在在预测左车道的同时也对右车道上车辆M_RN、车辆M_RP1和车辆M_RP2进行避障计算，判断是否向右车道预设路径变道。如果向左车道和向右车道变道的条件都满足时，则控制车辆优先按照目标转弯半径R执行左车道变道。

本实施例根据车辆实际的变道情形，设计了囊括匀速变道(加速度为0)、加速变道(加速度大于0)变道情形的路径预测，预先设置预设条件以从所有变道路径中筛选出可执行的，进而根据预先设置的预设规则从中挑选出最优的目标变道路径，进一步优化车辆的变道执行效果。

本发明实施例在判断到本车M₀需要变道时，获取并识别周围的行车环境数据，在规划出变道路径时，通过行车环境数据获取在变道判断区间内目标障碍物的运动区域，进而根据预设条件计算出运动区域是否会与预期变道路径中的本车M₀发生重叠(碰撞)，从而确定是否可以实施变道，运动区域、变道路径的计算简单，但却可有效的识别到各个车道上的动态障碍物，从而保证行车安全性。

实施例2

在本实施例附图中出现的附图标记包括：感知模块1、识别模块2、路径计算模块3、导航模块4、风险判断模块5、行驶控制模块6、数据库7。

本发明实施例还提供一种基于自动驾驶的变道避障系统，参见图3，包括感知模块1、识别模块2、路径计算模块3、导航模块4、风险判断模块5、行驶控制模块6、数据库7；

感知模块1用于获取行车环境数据；

在本实施例中，感知系统包括雷达、图像获取组件(例如照相机或摄像机)等感知元件；

识别模块2用于识别行车环境数据，确定周围的道路情况和目标车辆的车辆数据；

数据库7用于存储车辆特征数据；

路径计算模块3，用于根据车辆数据和车辆特征数据，计算任一时刻目标车辆的运动区域；

导航模块4用于根据道路情况规划变道路径；

风险判断模块5，用于根据预设条件、变道路径、运动区域，判断本车M₀变道是否存在碰撞风险，并根据判断结果确定是否执行变道路径；

行驶控制模块6，用于接收风险判断模块5的控制指令，执行变道路径或禁止变道操作。

行驶控制模块6包括供油/电系统、刹车系统和转向系统。

道路情况包括交通标识，交通标识包括车道线、交通标识、交通信号灯；

车辆特征数据包括不同速度模式下车辆的风阻，不同载重和路面条件下的轮阻，油门开度与变速比、动力输出对应关系。

本实施例采用简单的雷达和图像获取组件，组建感知系统获取行车环境数据，成本低廉，碰撞风险的计算效率高。

本实施例所提供的变道避障系统采用各个模块，实现实施例1中变道避障方法的各个步骤，为变道避障方法提供硬件基础，便于方法实施。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。