一种智能车通行路口的行为决策方法与流程

1.本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于交通灯的车辆行为决策方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，智能车辆成为未来汽车的重要发展方向。自动驾驶汽车不仅能保障人们的安全出行和舒适体验，还能极大提升人们出行的效率。自动驾驶汽车的决策与控制直接影响其安全性与合理性，因此，自动驾驶汽车想真正走进人们的生活并被广泛接受，还需一段较长的路。
3.近年来，车辆的急剧膨胀而导致城市交通拥堵，因车辆在带有交通灯的交叉路口的通行效率不高，会直接影响道路的通行能力。目前的自动驾驶汽车往往只是通过汽车周围的实况进行分析和控制汽车的行驶模式，但在预测方面还远远不够，无法准确预估能否安全通过路口。
4.因此，确有必要设计一种车辆通过路口的行为决策方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种智能车通行路口的行为决策方法，所述行为决策方法为自车行为决策功能的路口行为决策模式提供通行路口的行为决策，根据路口的行车信息和交通灯信息，为车辆行驶至路口前是否通过或停车提供合理的行为决策信息。
6.所述行为决策方法，在车辆接近路口的过程中，其步骤如下：
7.当处于智能驾驶中的自车距离前方第一个路口的停止线小于路口参考距离时，自车行为决策功能进入路口行为决策模式，获取行车信息、道路信息和交通灯信息；
8.所述行车信息包括：自车的速度、自车的位置、自车在下一个路口的导航方向；
9.所述道路信息包括：自车距离前方路口的停止线的距离、周围车辆的速度、自车和周围车辆的位置、道路限速、前方路口的长度；
10.所述交通灯信息包括：交通灯的方向、状态及其该状态的持续时间和剩余时间。根据路口导航方向，确认交通灯中方向与导航方向相对应的信号灯的状态及其持续时间和剩余时间。
11.根据上述信号灯状态及其持续时间、自车到停止线的距离、自车速度、周围其他车辆的位置以及道路限速，预测自车能否在信号灯变红之前通过路口，并给出相应的通过路口或减速停车的指令；
12.当自车已通过停止线，且距离下一个路口距离大于路口参考距离，则退出所述路口行为决策模式。
13.其中，当交通灯处于绿灯状态，并且剩余时间大于等于绿灯预警时间时，向自车下发通过路口的指令。
14.当交通灯处于红灯状态时，给自车下发减速停车的指令。
15.当交通灯处于绿灯状态并且剩余时间小于绿灯预警时间，或者处于黄灯状态时，
根据几种候选加速策略，分别预测自车在交通灯变为红灯状态时的可行驶距离s1；
16.对于交通灯处于绿灯或黄灯状态的情况，如果自车完成上述可行驶距离s1后能越过停止线，并且自车与停止线的距离大于等于安全距离s
safe
，则给自车下发通过路口的指令；
17.如果自车完成上述行驶距离s1后能越过停止线，但自车与停止线的距离未达到上述安全距离s
safe
，或者自车无法越过停止线，则给自车下发减速停车的指令；
18.特别的，当信号灯被前方高大车辆或其他物体遮挡，导致暂时无法获取交通灯信息时，预测自车左右车道内的车辆的行为，根据所述车辆的行为判断能否给自车下发通过路口的指令，若不能则提醒驾驶员视情况接管。
19.当自车已经越过停止线，并且到下一个路口的停止线的距离大于路口参考距离，则退出所述路口行为决策模式。
20.其中，通过路口指令至少包括：当自车前方有其他车辆时，在不超过道路限速的前提下，按照加速策略并保持安全跟车距离s
follow
通过路口；当自车前方没有车辆时，按照加速策略通过路口；
21.其中，减速停车需要满足两个条件：条件一是自车停车位置在停止线前；条件二是，自车前方有其他车辆时，停车位置要与前车保持候车安全距离。
22.对于交通灯处于绿灯状态并且剩余时间小于绿灯预警时间的情况，获取绿灯剩余时间t
g-remain
，那么距离交通灯变为红灯状态的剩余可行驶时间t
remain
＝t
g-remain
+t
y-max
，其中t
y-max
为黄灯最大持续时间。对于交通灯处于黄灯状态的情况，获取黄灯持续时间t
y-during
，上述剩余可行驶时间t
remain
＝t
y-max-t
y-during
。获取当前车速v(m/s)，根据车速确定上述安全跟车距离大小：
[0023][0024]
其中，β为跟车安全距离系数；a
nmax
为汽车最大制动减速度，单位m/s2。获取自车所在车道的前方跟车距离s
follow
+10m内车辆数量，作为跟车目标数目n
follow
。根据所述跟车目标数目和加速策略在下表选取加速度(m/s2)或加速度变化率(m/s3)，计算自车在t
remain
时间的行驶距离s1。
[0025][0026]
其中，自车当前速度v0与目标速度v
t
相等时，候选策略为加速策略一；自车当前速
度v0与目标速度v
t
不相等时，候选策略为加速策略二和加速策略三。
[0027]
其中，按照加速策略一计算可行驶距离s1的方法为：
[0028]
s1＝v0·
t
remain
[0029]
其中，按照加速策略二计算可行驶距离s1的方法为：
[0030][0031]
其中，按照加速策略三计算可行驶距离s1的方法为：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038]
其中，t1为自车从当前速度v0开始，按照加速度变化率da/dt加速或减速行驶，速度达到目标速度v
t
所需要的时间；t2为自车从加速度为0开始，按照加速度变化率da/dt加速或减速行驶，加速度达到目标加速度a
t
所需要的时间。
[0039]
特别的，当跟车目标数目大于0时，假设前方第一辆车匀速行驶，当自车按照加速策略达到目标速度并开始匀速行驶时，自车与前方第一辆车距离小于自车在目标速度下的最小跟车距离s’follow
，那么重新计算s1，使自车达到目标速度并开始匀速行驶时，上述自车与前方第一辆车距离等于自车在目标速度下的最小跟车距离s’follow
：
[0040][0041]
s1＝s
front-s’follow
+v
t
·
t
remain
[0042]
其中，s
front
为当前时刻自车与前方第一辆车的距离。当自车当前时刻未越过停止线，并且满足安全通过路口条件：
[0043]s1-s
stop
》s
safe
[0044]
时，根据候选加速策略的不同：
[0045]
当候选策略为加速策略一时：如果按照加速策略一计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以当前速度匀速行驶通过路口的指令。如果按照加速策略一计算的可行驶距离s1不能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发减速停车的指令。
[0046]
当候选策略为加速策略二和加速策略三时：如果按照加速策略三计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以加速策略三通过路口的指令；如果按照加速策略三计算的可行驶距离s1不能满足所述安全通过路口条件，但是按照加速策略二计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以加速策略二通过路口的指令。如果按照加速策略二和加速策略三计算的可行驶距离s1均无法满足安全通过路口条件，则给自车下发减速停车的指令。
[0047]
当信号灯被遮挡，导致暂时无法获取交通灯信息，并且无法从最近的历史信息推算当前信号灯的状态及其持续时间、剩余时间时，获取自车左右两侧车道内，纵向方向位于自车后方的第一个车辆与自车的纵向距离s
rear
和速度v
rear
。假设所述的后方第一个车辆以舒适性加速度a
comfort
减速，其速度减为0时的制动距离s
comfort
为：
[0048][0049]
如果满足条件s
comfort
》s
stop
+s
rear
，则推断所述车辆的行为不可能是在减速停车，给自车下发按照加速策略二行驶通过路口的指令，否则给自车下发减速停车的指令，并提醒驾驶员可视情况接管自车。
[0050]
本技术提供了一种智能车通行路口行为决策方法，具体当自车距离前方第一个路口的停止线距离小于路口参考距离时，获取行车信息、道路信息和信号灯信息，其中包括自车的位置及速度、周围车辆的位置及速度、信号灯状态和剩余时间等；当信号灯状态是绿灯且持续时间小于绿灯预警时间，或者信号灯状态是黄灯时，结合前方跟车距离范围内的车辆数量，预测自车在信号灯变为红色时能够行驶的距离，判断自车在行驶该距离后能否安全通过路口，能安全通过路口则给自车下发通过路口的指令，不能安全通过路口则给自车下发减速停车指令；当信号灯是绿灯且持续时间大于等于绿灯预警时间时，给自车下发通过路口的指令；当信号灯是红灯时，给自车下发减速停车的指令；当信号灯被遮挡，无法获取信号灯状态和持续时间、剩余时间信息时，预测自车左右车道内后方车辆的行为，如果其行为不可能是在减速停车，则给自车下发通过路口的指令，否则给自车下发减速停车的指令，并提醒驾驶员视情况接管。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本技术中所述的行为决策方法，下面将对本技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
[0052]
图1是本技术所述行为决策方法的流程图
[0053]
图2是本技术中预测能否通过通过路口的流程图
[0054]
图3是路口示意图
具体实施方式
[0055]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
[0056]
当处于智能驾驶中的自车距离前方第一个路口的停止线小于路口参考距离130m时，自车行为决策功能进入路口行为决策模式，并每隔100ms循环一遍以下步骤：
[0057]
获取行车信息、道路信息和交通灯信息；根据行车信息中的路口导航信息，获取交通灯信息中与导航方向相同的信号灯的状态及其剩余时间、持续时间；根据行车信息和道路信息，获取自车到路口停止线的距离、自车速度、周围其他车辆的速度和位置、道路限速；
[0058]
所述行车信息包括：自车的速度、自车的位置、自车在下一个路口的导航方向；
[0059]
所述道路信息包括：自车距离前方路口的停止线的距离、周围车辆的速度、自车和周围车辆的位置、道路限速、前方路口的长度；
[0060]
所述交通灯信息包括：交通灯的方向、状态及其该状态的持续时间和剩余时间。
[0061]
根据信号灯状态及其持续时间、自车到停止线的距离、自车速度、周围其他车辆的速度、位置以及道路限速，预测自车能否在信号灯变红之前通过路口，并给出相应的通过路口或减速停车的指令；
[0062]
当自车已通过停止线，且距离下一个路口距离大于路口参考距离130m，则退出所述路口行为决策模式。
[0063]
其中，当交通灯处于绿灯状态，并且剩余时间大于等于绿灯预警时间10s时，向自车下发通过路口的指令。
[0064]
当交通灯处于红灯状态时，给自车下发减速停车的指令。
[0065]
当交通灯处于绿灯状态并且剩余时间小于绿灯预警时间10s，或者处于黄灯状态时，根据几种候选加速策略，分别预测自车在交通灯变为红灯状态时的可行驶距离s1；
[0066]
对于交通灯处于绿灯或黄灯状态的情况，如果自车完成上述可行驶距离s1后能越过停止线，并且自车与停止线的距离大于等于安全距离s
safe
，则给自车下发通过路口的指令；
[0067]
如果自车完成上述行驶距离s1后能越过停止线，但自车与停止线的距离未达到上述安全距离s
safe
，或者自车无法越过停止线，则给自车下发减速停车的指令；
[0068]
特别的，当信号灯被前方高大车辆或其他物体遮挡，导致暂时无法获取交通灯信息时，预测自车左右车道内的车辆的行为，根据所述车辆的行为判断能否给自车下发通过路口的指令，若不能则提醒驾驶员视情况接管。
[0069]
当自车已经越过停止线，并且到下一个路口的停止线的距离大于路口参考距离130m，则退出所述路口行为决策模式。
[0070]
其中，通过路口指令至少包括：当自车前方有其他车辆时，在不超过道路限速的前提下，按照加速策略并保持安全跟车距离s
follow
通过路口；当自车前方没有车辆时，按照加速策略通过路口；
[0071]
其中，减速停车需要满足两个条件：条件一是自车停车位置在停止线前；条件二是，自车前方有其他车辆时，停车位置要与前车保持候车安全距离1.5m。
[0072]
对于交通灯处于绿灯状态并且剩余时间小于绿灯预警时间的情况，获取绿灯剩余时间t
g-remain
，那么距离交通灯变为红灯状态的剩余可行驶时间t
remain
＝t
g-remain
+t
y-max
，其中t
y-max
＝3s，为黄灯最大持续时间。对于交通灯处于黄灯状态的情况，获取黄灯持续时间t
y-during
，上述剩余可行驶时间t
remain
＝t
y-max-t
y-during
。获取当前车速v(m/s)，根据车速确定上述安全跟车距离大小：
[0073][0074]
其中，β＝1.4，为跟车安全距离系数；a
nmax
为汽车最大制动减速度，单位m/s2。获取自车所在车道的前方跟车距离s
follow
+10m内车辆数量，作为跟车目标数目n
follow
。根据所述跟车目标数目和加速策略在下表选取加速度(m/s2)或加速度变化率(m/s3)，计算自车在t
remain
时间的行驶距离s1。
[0075][0076]
其中，在跟车目标数目大于0时,目标速度v
t
为自车前方第一个车辆的速度v1；在跟车目标数目为0时,目标速度v
t
为道路限速v
limit
。当前速度v0小于目标速度v
t
时，加速度及加速变化率取正值；当前速度v0大于目标速度v
t
时，加速度及加速变化率取负值。
[0077]
其中，自车当前速度v0与目标速度v
t
相等时，候选策略为加速策略一；自车当前速度v0与目标速度v
t
不相等时，候选策略为加速策略二和加速策略三。
[0078]
其中，按照加速策略一计算可行驶距离s1的方法为：
[0079]
s1＝v0·
t
remain
[0080]
其中，按照加速策略二计算可行驶距离s1的方法为：
[0081][0082]
其中，按照加速策略三计算可行驶距离s1的方法为：
[0083][0084][0085][0086][0087][0088][0089]
其中，t1为自车从当前速度v0开始，按照加速度变化率da/dt加速或减速行驶，速度达到目标速度v
t
所需要的时间；t2为自车从加速度为0开始，按照加速度变化率da/dt加速或减速行驶，加速度达到目标加速度a
t
所需要的时间。
[0090]
特别的，当跟车目标数目大于0时，假设前方第一辆车匀速行驶，当自车按照加速策略达到目标速度并开始匀速行驶时，自车与前方第一辆车距离小于自车在目标速度下的最小跟车距离s’follow
，那么重新计算s1，使自车达到目标速度并开始匀速行驶时，上述自车与前方第一辆车距离等于自车在目标速度下的最小跟车距离s’follow
：
[0091][0092]
s1＝s
front-s’follow
+v
t
·
t
remain
[0093]
其中，s
front
为当前时刻自车与前方第一辆车的距离。
[0094]
上述安全距离s
safe
定义为路口长度的20％，路口长度定义为同一路口相对两侧停
止线之间的直线距离l，如附图的图2所示。当自车当前时刻未越过停止线，并且满足安全通过路口条件：
[0095]s1-s
stop
》s
safe
[0096]
时，根据候选加速策略的不同：
[0097]
当候选策略为加速策略一时：如果按照加速策略一计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以当前速度匀速行驶通过路口的指令。如果按照加速策略一计算的可行驶距离s1不能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发减速停车的指令。
[0098]
当候选策略为加速策略二和加速策略三时：如果按照加速策略二计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以加速策略二通过路口的指令；如果按照加速策略二计算的可行驶距离s1不能满足所述安全通过路口条件，但是按照加速策略三计算的可行驶距离s1能满足所述安全通过路口条件，则给自车下发以加速策略三通过路口的指令。如果按照加速策略二和加速策略三计算的可行驶距离s1均无法满足安全通过路口条件，则给自车下发减速停车的指令。
[0099]
当信号灯被遮挡，导致暂时无法获取交通灯信息，并且无法从最近的历史信息推算当前信号灯的状态及其持续时间、剩余时间时，获取自车左右两侧车道内，纵向方向位于自车后方的第一个车辆与自车的纵向距离s
rear
和速度v
rear
。假设所述的后方第一个车辆以舒适性加速度a
comfort
＝-2m/s2减速，其速度减为0时的制动距离s
comfort
为：
[0100][0101]
如果满足条件s
comfort
》s
stop
+s
rear
，则推断所述车辆的行为不可能是在减速停车，给自车下发按照加速策略二行驶通过路口的指令，否则给自车下发减速停车的指令，并提醒驾驶员可视情况接管自车。
[0102]
当自车行为决策功能处于路口行为决策模式时，每100毫秒执行一次上述步骤，以灵活应对道路上随时可能发生的突发状况。自车通过当前路口的停止线后，如果距离下一个路口距离小于等于路口参考距离，则以下一个路口为目标路口获取道路信息、交通灯信息；如果距离下一个路口的距离大于路口参考距离，则退出所述路口行为决策模式。

技术特征：
1.一种智能车通行路口的行为决策方法，所述方法为智能车辆的行为决策功能的路口行为决策模式提供通行路口的行为决策，其特征在于，步骤如下：当自车距离前方第一个路口的停止线小于路口参考距离时，自车行为决策功能进入路口行为决策模式，获取行车信息、道路信息和交通灯信息；所述行车信息包括：自车的速度、自车的位置、自车在下一个路口的导航方向；所述道路信息包括：自车距离前方路口的停止线的距离、周围车辆的速度、自车和周围车辆的位置、道路限速、前方路口的长度；所述交通灯信息包括：交通灯的方向、状态及其该状态的持续时间和剩余时间；根据路口导航方向，确认交通灯中方向与导航方向相对应的信号灯的状态及其持续时间和剩余时间；根据上述信号灯状态及其持续时间、自车到停止线的距离、自车速度、周围其他车辆的位置以及道路限速，预测自车在当前应该通过路口还是减速停车，并向自车下发通过路口或减速停车的指令；特别的，当所述信号灯被遮挡，并且无法根据历史信息推算所述信号灯状态及其持续时间和剩余时间，则预测自车左右车道的车辆的行为，并由此判断能否给自车下发通过路口指令，若不能，则下发减速停车指令并提醒驾驶员视情况接管；当自车已通过停止线，且距离下一个路口距离大于路口参考距离，则退出所述路口行为决策模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述信号灯的状态为绿灯，并且剩余时间较长，即剩余时间大于等于绿灯预警时间时，给自车下发通过路口指令；如果所述信号灯状态为红灯，给自车下发减速停车的指令；如果所述信号灯为绿灯且持续时间小于绿灯预警时间，或所述信号灯状态为黄灯，则预测自车能否在所述信号灯变为红灯之前能否通过路口；如果能通过路口则给自车下发通过路口指令，如果不能通过路口则给自车下发减速停车的指令。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信号灯被遮挡的情况，选中自车所在车道的左右车道内的、距离停止线更远的、速度方向与自车相同的一辆车作为观察车辆，获取观察车辆的位置和速度，计算观察车辆以舒适加速度从当前速度开始匀减速的停车位置；如果所述位置已经越过停止线，则预测其行为是在通过路口，给自车也下发通过路口的指令。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的预测自车能否在所述信号灯变为红灯之前能否通过路口，首先获取在所述信号灯变为红灯之前的可行驶时间tremain；根据几种候选加速策略，预测自车在候选加速策略下，在可行驶时间tremain内的可行驶距离s1；如果自车完成所述可行驶距离s1后，能够满足安全通过路口的条件，则给自车下发按照所述可行驶距离s1对应的加速策略通过路口的指令；如果自车在几种候选加速策略下均无法满足所述安全通过路口的条件，则给自车下发减速停车的指令。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的安全通过路口的条件，自车按照候选加速策略完成可行驶距离s1后，能够越过停止线，并且超出停止线的距离sstop大于通过路口的安全距离ssafe。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的候选加速策略，有三种候选加速策略；加速策略一是匀速行驶；加速策略二是匀加速或匀减速至目标速度后匀速行驶；加速策略三是，从加速度为0开始，以恒定加速度变化率加速或减速至目标速度或目标加速度后匀速行驶；其中，当自车的当前速度等于目标速度时，候选加速策略为加速策略一；当自车的当前速度大于目标速度时，候选加速策略为加速策略二和加速策略三，且加速策略二的加速度和加速策略三的加速度变化率为负值；当自车的当前速度小于目标速度时，候选加速策略为加速策略二和加速策略三，且加速策略二的加速度和加速策略三的加速度变化率为正值；其中，当前方跟车距离范围内有其他车辆时，目标速度为前方第一个车辆的速度，并且加速策略二的加速度和加速度策略三的加速度变化率、加速度上限的选取也会随跟车距离范围内的车辆数目变化而变化；其中，当信号灯被遮挡时，所述通过路口指令为按照加速策略三通过路口。

技术总结
本发明设计了一种智能车通行路口的行为决策方法，为智能车辆的行为决策功能的路口行为决策模式提供通行路口的行为决策。行为决策方法包括获取行车、道路和信号灯信息、计算信号灯变红前的剩余时间、判断自车能否在信号灯变红前通过路口、下发通过路口或减速停车指令等步骤。本发明根据前车速度和道路限速确定加速时的目标速度，并且综合考虑了跟车时的安全性和加速时的舒适性来制定加速策略。本发明还考虑了信号灯被遮挡的情况下，根据周围车辆的运动状态判断自车能否通过路口，并下发通过路口或减速停车指令。本发明实时为智能车辆提供安全可靠的通行路口行为决策，大大提高了智能车辆通行路口的效率，保证了智能车辆通行路口时的安全性。时的安全性。时的安全性。


技术研发人员：王子建 赵军 郭建华 郭崇
受保护的技术使用者：长沙吉湘汽车创新科技发展有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/21