本發明屬于自動駕駛技術，具體涉及一種單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統及方法。

背景技術：

高速公路單車道自動駕駛實現的原理是依靠雷達和攝像頭對兩側的車道線、本車道前方目標車等信息進行識別，并將識別的信息傳送給中央決策模塊，中央決策模塊根據對中原則，在兩條車道線的中間規劃出行車軌跡，車輛按照這條行車軌跡實現單車道自動駕駛。即此時路徑規劃的原則僅僅根據本車道兩條車道線信息，而不會考慮相鄰車道(緊鄰本車道的左右一個車道，有可能只有左邊一個車道，或者只有右邊一個車道，或者左右兩個車道，以下簡稱相鄰車道)的車輛信息。

由于行車軌跡僅僅是根據本車道兩側車道線的中間線進行規劃，當相鄰車道的車輛距離本車道過近或者占壓本車道的車道線的情況下(此時還不能被傳感器識別為本車道的目標)，如果還是以兩側車道線的中間線原則進行路徑規劃，在超越相鄰車道車輛過程中，由于與相鄰車道車輛距離過近，會給駕駛員造成危險的感覺，自動駕駛功能的舒適性就會被降低，甚至由于不能留給駕駛員足夠的反應時間而引發交通事故。

因此，有必要開發一種新的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統及方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統及方法，能確保行車安全和提升舒適性。

本發明所述的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統，包括攝像頭、毫米波雷達組、中央決策模塊和執行機構；

所述毫米波雷達組用于探測本車相鄰車道內是否存在有車輛；

所述攝像頭用于獲取本車車道線信息，并在毫米波雷達組探測到本車前方相鄰車道內有車輛時，與毫米波雷達組所探測的信息相融合，識別出本車前方相鄰車道車輛的位置信息，該攝像頭通過CAN線與毫米波雷達組連接；

所述中央決策模塊根據本車車道線信息、本車前方相鄰車道車輛的位置信息規劃出行車軌跡，該中央決策模塊分別通過CAN線與攝像頭和毫米波雷達組連接；

所述執行機構根據中央決策模塊所給出的行車軌跡進行自動駕駛，以使本車能安全超越相鄰車道的車輛，該執行機構通過CAN線與中央決策模塊連接。

所述攝像頭安裝在車輛前側的中部；

所述毫米波雷達組至少包括分別安裝在車輛正前方、左前方、右前方、左后方以及右后方的五個毫米波雷達。

本發明所述的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃方法，采用本發明所述的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統，其方法包括以下步驟：

步驟一、本車處于自動駕駛模式；

步驟二、系統控制本車根據車道對中原則在車道的正中央行駛；

步驟三、毫米波雷達和攝像頭實時判斷前方左右相鄰車道內是否存在車輛；若前方左右相鄰車道均不存在車輛，則返回步驟二；若前方左相鄰車道和/或右相鄰車道存在車輛，則將所述車輛的位置信息發送給中央決策模塊，并進入步驟四；

步驟四、中央決策模塊根據本車車道線信息、本車前方相鄰車道車輛的位置信息規劃出行車軌跡；執行機構根據該行車軌跡進行自動駕駛，以使本車能安全超越相鄰車道的車輛。

所述步驟四具體為：

步驟a、中央決策模塊判斷本車與前方相鄰車道內最鄰近車輛在縱向上的時距是否小于n1秒，若否，則返回步驟二，若是，則進入步驟b；

步驟b、中央決策模塊判斷前方左右相鄰車道內是否均有車輛，且兩車輛與本車車道線的距離是否均小于M米，若否，則進入步驟c，若是，則進入步驟d；

步驟c、中央決策模塊判斷是否有單側前方相鄰車道內的車輛與本車車道線的距離小于M米，若否，返回步驟二，若是，則本車在超越車輛時，本車向安全側車道線偏離△X的距離，即本車的行車軌跡與安全側車道線之間的距離為A/2減去△X，本車的行車軌跡與危險側車道線之間的距離為A/2加上△X，其中，A為本車所在車道的寬度，△X為距離偏移量，直到本車超越所述車輛后且與所述車輛在縱向上的時距大于n2秒時，返回步驟二；

步驟d、本車在超越兩車輛時，系統控制本車在兩車輛的正中間行駛，直到本車超越兩車輛后且與后方相鄰車道內最鄰近車輛之間在縱向上的時距大于n2秒時，返回步驟二。

本發明具有以下優點：本發明完全采用車輛本身已有的機構作為執行器并且通過CAN總線進行通信，本發明的新路徑規劃策略所需要的車輛位置信息也可以由現有的毫米波雷達和攝像頭發出，所以具備量產的可行性。根據本發明的新路徑規劃策略進行路徑規劃，在開啟單車道自動駕駛模式時，即使存在相鄰車道車輛過于靠近本車道，被控車輛也會主動遠離危險側車道線，避免了給駕駛員帶來的驚慌和危險感，同時，遠離危險側車道線后，一旦遇到緊急情況，也給駕駛員足夠的反應時間，在一定程度上避免車禍，提升了高速路自動駕駛系統的安全性。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖；

圖2是本發明在正常情況下行駛的超車路徑規劃示意圖；

圖3是本發明在右側車輛占道時的超車路徑規劃示意圖；

圖4是本發明在左側車輛占道時的超車路徑規劃示意圖；

圖5是本發明在兩側車輛同時占道時的超車路徑規劃示意圖；

圖6是本發明的邏輯流程圖；

其中：1、中央決策模塊，2、攝像頭，3、毫米波雷達，4、CAN線，5、EMS，6、ESP，7、EPS,8、本車，9、第一車輛，10、第二車輛，11、左車道線，12、右車道線，13、行車軌跡。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統，包括攝像頭2、毫米波雷達3、中央決策模塊1和執行機構。

所述毫米波雷達組包括分別安裝在車輛正前方、左前方、右前方、左后方以及右后方的五個毫米波雷達3；用于探測本車相鄰車道內(包括車相鄰車道的前方及后方)是否存在有車輛，毫米波雷達3的數量可根據實際情況調整。

所述攝像頭2安裝在車輛前側的中部；用于獲取本車車道線信息，并在毫米波雷達組探測到本車前方相鄰車道內有車輛時，與毫米波雷達組所探測的信息相融合，識別出本車前方相鄰車道車輛的位置信息，該攝像頭2通過CAN線4與毫米波雷達組連接。

所述中央決策模塊1根據本車車道線信息、本車前方相鄰車道車輛的位置信息規劃出行車軌跡13，該中央決策模塊1分別通過CAN線4與攝像頭2和毫米波雷達3連接。

所述執行機構根據中央決策模塊1所給出的行車軌跡13進行自動駕駛，以使本車能安全超越相鄰車道的車輛，該執行機構通過CAN線4與中央決策模塊1連接。本發明通過車輛CAN網絡提供整車信息和傳遞控制命令。

所述執行機構包括EPS7(電動助力轉向系統)、EMS5(發動機管理系統)和ESP6(車身電子穩定系統)。其中，EPS7執行中央決策模塊1發出的轉向扭矩請求，并將方向盤測量的駕駛員手力矩實時反饋給中央決策模塊1。EMS5執行中央決策模塊1給出的發動機增扭、降扭指令。ESP6執行中央決策模塊1的增壓、減壓指令，主動進行增壓、減壓操作對車速進行自動控制。

本發明所述的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃方法，采用本發明所述的單車道自動駕駛超越相鄰車道車輛的路徑規劃系統，其方法包括以下步驟：

步驟一、本車處于自動駕駛模式。

步驟二、系統控制本車根據車道對中原則在車道的正中央行駛。

步驟三、毫米波雷達3和攝像頭2實時判斷前方左右相鄰車道內是否存在車輛；若前方左右相鄰車道均不存在車輛，則返回步驟二；若前方左相鄰車道和/或右相鄰車道存在車輛，則將所述車輛的位置信息發送給中央決策模塊1，并進入步驟四。

步驟四、中央決策模塊1根據本車車道線信息、本車前方相鄰車道車輛的位置信息規劃出行車軌跡13；執行機構根據該行車軌跡13進行自動駕駛，以使本車能安全超越相鄰車道的車輛。

所述步驟四具體為：

步驟a、中央決策模塊1判斷本車與前方相鄰車道內最鄰近車輛在縱向上的時距是否小于n1秒，若否，則返回步驟二，若是，則進入步驟b。

步驟b、中央決策模塊1判斷前方左右相鄰車道內是否均有車輛，且兩車輛與本車車道線的距離是否均小于M米，若否，則進入步驟c，若是，則進入步驟d。

步驟c、中央決策模塊1判斷是否有單側前方相鄰車道內的車輛與本車車道線的距離小于M米，若否，返回步驟二，若是，則本車在超越車輛時，本車向安全側車道線偏離△X的距離，即本車的行車軌跡與安全側車道線之間的距離為A/2減去△X，本車的行車軌跡與危險側車道線之間的距離為A/2加上△X，其中，A為本車所在車道的寬度，△X為距離偏移量，直到本車超越所述車輛后且與所述車輛在縱向上的時距大于n2秒時，返回步驟二。

步驟d、本車在超越兩車輛時，系統控制本車在兩車輛的正中間行駛，直到本車超越兩車輛后且與后方相鄰車道內最鄰近車輛之間在縱向上的時距大于n2秒時，返回步驟二。

以下以實例對本發明進行具體的說明：

將位于相鄰左車道中的車輛定義為第一車輛9，將位于相鄰右車道中的車輛定義為第二車輛10，

如圖2所示，相鄰左車道中的第一車輛9離本車8所在車道的左車道線11的距離Y1＞M(M為標定的值)，且相鄰右車道中的第二車輛10離本車8所在車道的右車道線12的距離Y2＞M，在超越第一車輛9和第二車輛10過程中采用傳統的路徑規劃策略，即本車8的行車軌跡13為本車道的正中央，即行車軌跡13距離左車道線11的距離X1和行車軌跡13距離右車道線12的距離X2均為A/2。此時中央決策模塊1通過CAN線4向EPS7發送轉向扭矩請求，使本車8保持在車道的正中央行駛。

如圖3所示，如果相鄰右車道中的第二車輛10離本車所在車道的右車道線12的距離Y2＜M，且相鄰左車道中的第一車輛9離本車所在車道的左車道線11的距離Y1＞M，或者左側車道不存在車輛，則在超越第二車輛10的前n1秒和超越第二車輛10后n2秒內采用修正的路徑規劃策略，即本車8向安全側車道線偏離△X的距離，即行車軌跡13距離右車道線12的距離X2＝A/2+△X，行車軌跡13距離左車道線11的距離為X1＝A/2-△X。此時中央決策模塊1通過CAN線4向EPS7發送轉向扭矩請求。

如圖4所示，如果相鄰左車道中的第一車輛9離本車所在車道的左車道線11的距離Y1＜M，且相鄰右車道中的第二車輛10離本車所在車道的右車道線12的距離Y2＞M，或者右側車道不存在車輛，則在超越第一車輛9前n1秒和超越第一車輛9后n2秒內采用修正的路徑規劃策略，即本車8向安全側車道線偏離△X的距離，即行車軌跡13距離左車道線11的距離為X1＝X+△X，行車軌跡13距離右車道線12的距離X2＝X-△X。此時中央決策模塊1通過CAN線4向EPS7發送轉向扭矩請求。

如圖5所示，如果相鄰右車道中的第二車輛10離本車所在車道的右車道線12的距離Y2＜M，同時相鄰左車道中的第一車輛9離本車所在車道的左車道線11的距離Y1＜M。則在超越第二車輛10和第一車輛9的前n1秒和超越后n2秒內采用修正的路徑規劃策略，即本車8保持在第二車輛10和第一車輛9的正中間行駛(即圖5中的Z1＝Z2)。此時中央決策模塊1通過CAN線4向EPS7發送轉向扭矩請求。