自动驾驶中的可行驶走廊定义详解

文章来源:焉知汽车 发布时间:2020-05-20
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本文将就有限自动驾驶在城区驾驶中可能遇到的一系列场景工况定义相应的可行驶区域,从而为其控制在跟车与跟线亦或是退出逻辑上实现完整的定义和分析。
概述
自动驾驶要求系统可以完全接管整车控制,无需驾驶员对整车控制负全责,这就要求系统不仅能够处理正常理想状态下的行驶工况,也需要系统能够很好地处理在一些异常甚至极端情况下的行驶工况,这里的异常工况主要包含如下一些行驶状况:
1)本车道前方有落石或山体滑坡;
2)前方临时施工无法通过;
3)前方出现车祸碰撞;
这一系列不可预知的工况局部可能被诸如高精度地图一类实时探测到,所以,这些异常甚至极端工况实际是在很多情况下需要系统提前根据可能预测到的工况定义可行驶走廊(Free Corridor)。本文将就有限自动驾驶在城区驾驶中可能遇到的一系列场景工况定义相应的可行驶区域,从而为其控制在跟车与跟线亦或是退出逻辑上实现完整的定义和分析。

情景分类及应对策略

首先需要对系统实现情景分类,即根据不同的工况,实时对分类后的情景定义不同的危险等级(这里的危险等级是指,本车保持当前策略或者状态沿着本车道行驶时,当前的场景给本车造成的危险等级),并人为进行场景危险等级编号。对于可行驶走廊的探测主要是通过传感器可自由探测到的可通行区域与预测到前方或侧前方车辆的预期行驶轨迹进行融合,推测得到当前车辆的可行驶区域。
对于TJP来说其相应的对中控制策略如下:
跟线控制:TJP的跟车控制是建立车辆世界坐标系,分别以车辆的行驶方向作为X向,与该X向水平垂直处作为Y向,根据识别到的两侧车道线在Y0点处的相对坐标位置,计算Y轴中心线处作为该两侧车道线的中央位置。且每隔一帧视频数据刷新该中央位置,本车根据每一帧对应的中央位置,将整车重心摆布至该中心点重合,从而实现简单的车辆跟线对中控制。

跟车控制:跟车控制需要根据传感器识别到的前车行驶状态预测作为本车预期行驶轨迹的参考,并在本车可行驶走廊内预测相应的自车行驶轨迹线,并根据该轨迹线实现本车行驶轨迹控制。

根据前方行驶车辆预测可行驶走廊

对于有限自动驾驶功能,一般可分为如下几种工况下的可行驶区域探测定义:

(一)双侧车道线清晰

若探测到本车道两侧车道线清晰,则优先根据车道线进行对中控制,并保持与前车一定的跟车距离。此时考虑本车道前方车辆行驶状态与两侧车道线做可行驶区域探测。

1、本车道前方车辆行驶稳定

若探测到本车道前方跟踪车辆行驶轨迹在一定误差范围内保持稳定行驶状态,未出现过大的横向移动或纵向减速移动(此工况下表明前车未出现特殊紧急情况下的换道或减速避障),则前方行驶走廊可用;

2、本车道正前方车辆急减速
若探测到前方车辆在一定时间内减速度大于某个阈值,则认为前方车辆正在进行急减速,此时,系统认为前方出现紧急情况,该行驶走廊终止于前方车辆急减速点,且设置为在安全停车距离后方一定区域内(如下图),本车不再做加速跟随前车控制;
3、本车道正前方车辆切出
3.1)若探测到本车道前方以正常速度切出,且前前方并未出现新的可探测行驶车辆,此时,系统认为前方情况未知,该行驶走廊终止于前方车辆切出点,且设置在该区域后方(如下图),本车不再做加速跟随前车控制;

3.2)若探测到前车切出本车释放该目标同时,检测到本车道前前车有行驶车辆,重新规划本车可行驶区域为至前前车尾部探测点。

3.3)若探测到前车切出同时,有另一侧车辆切入至本车道前方,则认为该前车原始切出为正常切出,本车根据最新切入车辆做行驶目标确认,同时行驶走廊设置为跟随新目标后方的情况。(如下图)

以上3.2)及3.3)两种情况下,本车辆均根据最新探测到的可行驶走廊做一定程度的稳速或降速控制。

(二)单侧车道线消失

单侧车道线的可行驶区域探测与双侧类型差不多,只是会根据车道线消失点进行可行驶区域限定,相应的限定逻辑如下:

1)若单侧车道线消失处,前车未出现如减速、切出或有新的车辆插入前方等情况,则直接根据其单侧车道线消失点模拟前方一定距离处作为可行驶区域;此时本车根据可见的另一侧车道线向内偏移一定距离,参照前述已形成的可行驶区域进行持续横向控制。

2)若单侧车道线消失时,前车已经进行减速、切出或有新车插入前方等情况,则需要结前车引导可行驶区域及单侧车道线最长模拟可行驶区域进行综合判定,选择两者中距离较短的作为可行驶区域,如下图所述,其中虚拟车道线所在的长度大于前车进行急减速或切出的点,故应该以前车切出点作为可行驶区域的探测终点;

(三)双侧车道线均消失

双侧车道线消失时,本车跟随前车轨迹进行横纵向控制,若前方车辆稳定行驶,未出现如前所述的急减速、切出且无论前前方是否有新的可跟随目标,则本车根据前方车辆的行驶状态预测其预期行驶轨迹,从而控制本车参照该轨迹进行持续横纵向控制。

双侧车道线消失时,本车跟随前车轨迹进行横纵向控制,若前方车辆出现如前所述的急减速、切出且无论前前方是否有新的可跟随目标,则本车不再进行跟随控制,并在一定时间内将车辆减速到停。

根据高精度地图预测可行驶走廊

对于整个自动驾驶系统来说,仅仅依靠车身传感器信息进行捕捉数据很难达到全面、精确地环境信息探测,高精地图和定位作为一种被先行验证过的信息,可以弥补自动驾驶传感器功能缺陷,提供超视距的感知能力,比如,单纯依靠传感器无法准确输出弯道纵坡和横坡信息,当视线被遮挡,或曲率较大时,更需要高精地图提供的超视距信息,以便更有依据规划和控制车辆。

有限自动驾驶中需要搭载高精度地图进行环境预测,且相对于高精度地图而言可以发出不同的道路环境信息给TJP系统进行车辆控制,如前方道路施工信息,前方交通拥堵信息,距离收费站信息等,以上几类信息发送给TJP系统控制端后,系统中央控制器需根据其实际距离前方特殊交通情况及时修订相应的可行驶走廊,且保证在一定安全停车距离下,该行驶走廊可用。

总结
自动驾驶需要分场景、分需求的主句去实现,本文则是根据其不同场景详细介绍了关于自动驾驶中可行驶区域的相关定义,其实际定义的准确性、实时性影响自动驾驶关于本车在车道内对于前方未知突发情况的安全性控制,故在定义过程中充分参考了感知端实测的前方车辆信息及高精度探测信息。实际情况中,结合高精地图和传感器探测数据可以更为精准实时的定义车辆可行驶区域,对于自动驾驶行驶区域的安全性更为有效。


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