無人駕駛車輛路口行駛決策研究

蘇沖，孟祥雨，張成陽

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

前言

在城區環境中，迄今為止，無人駕駛車輛的決策策略仍然是一個尚未得到解決的研究熱點。無人駕駛車輛的行為決策策略是該領域研究的關鍵技術之一。在城區環境中，無人駕駛車輛行為決策的最終目標是像熟練的駕駛員一樣產生安全、合理的駕駛行為。本發明給出一類無人駕駛車輛路口行駛策略，能夠使無人駕駛車輛在城區環境中安全、合理地完成一定范圍的駕駛行為。

本文提供了一種無人駕駛車輛路口行駛策略和系統，以電動汽車為平臺，集成激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、超聲波雷達、GPS 慣導定位系統等傳感器，實現道路環境信息準確感知，通過多傳感器信息融合技術將這些信息進行集成，并結合高精度地圖和導航，提高信息輸出的穩定性和準確性。實現無人駕駛車輛在各個特定路口不同工況下的正確通行，為無人駕駛車輛在城鎮道路環境路口行駛和通行提供了一種完整策略和系統[1-2]。

1 系統架構

系統架構如圖1 所示：

圖1 系統架構圖

其中決策模塊是無人駕駛的核心模塊，它從環境感知模塊中提取相關信息，將其抽象成為離散事件集合，并將無人車結構化道路環境下的常規行為動作序列劃分為不同的行為狀態，通過對當前駕駛環境的理解，在行車安全標準、行車效率標準和交通法規的約束下，將規劃結果分解為一個合理的駕駛行為狀態系列。與車輛控制模塊采用交互式通訊結構，將符號形式的推理結果轉化為目標點、候選點集合，發送至車輛控制模塊、最終控制車輛按規劃的結果實現無人駕駛車輛在各個特定路口不同工況下的正確通行[3-4]。

（1）總狀態遷移圖如圖2 所示：

圖2 總狀態遷移圖

（2）路口行駛狀態遷移圖如圖3 所示：

圖3 路口行駛狀態遷移圖

路口狀態遷移規則表見表1：

表1 路口狀態遷移表

2 行駛策略

無人駕駛車輛在城區結構化道路路口行駛時，結合交通規則等，我們制定以下幾種行駛策略。

（1）自主行駛

在結構化道路條件下，除了執行轉彎、超車、避障等動作外，無人駕駛車輛應該跟隨路點行駛，不能離開車道，并應該保持在車道內行駛。

（2）跟隨行駛

在結構化道路條件下，通過跟車距離安全閾值的計算可以提高車輛城區道路行駛的安全性，所以行為決策模塊考慮對跟隨行駛行為進行描述是十分有意義的。在一定的速度調整范圍內跟隨行駛也可視為加速狀態與減速狀態的集合。

（3）換道行駛

包括左換道和右換道。在發現前方有障礙物和前方車輛的車速明顯低于道路要求車速時且道路無擁堵的情況下，無人駕駛車輛可以執行換道行駛操作。在換道行駛之前，智能車輛需檢測交通狀況，而且要求大于換道最小安全距離才能改變車道，進行換道行駛行為。另外根據導向箭頭匯入目標車道等行為都可視為換道行駛行為的拓展。

（4）直行

根據路徑規劃，直行通過路口，可以看作是自主行駛或跟隨行駛的一個特例。

（5）右轉

根據路徑規劃，在路口的右轉，可以看作是換道行駛（右換道）的一個特例。

（6）左轉

根據路徑規劃，在路口的左轉，可以看作是換道行駛（左換道）的一個特例。

（7）等待

一種等待行為是停車線等待紅燈；另一種情況是由于城區駕駛環境較為擁堵而造成減速到達一定閾值后的行為。

（8）調頭

無人駕駛車輛應該能夠在具有一定長度和寬度的區域范圍內執行調頭。但是，在交叉路口的安全區域或單行線車道內均不能執行調頭。

圖4 直行工況狀態遷移圖

通過上述行駛策略保證無人駕駛車輛在城區環境中安全、合理地完成一定范圍的駕駛行為。另外加速行駛、減速行駛及啟動、制動等，我們不作為行駛策略。只把它們看作是配合行駛策略執行的車輛動作[5]。

3 決策策略

直行工況狀態遷移如圖4 所示。

直行工況狀態遷移規則表見表2：

表2 直行工況狀態遷移表

沖突定義：可以為行人、車輛、紅（黃）燈等。

左右轉工況狀態遷移圖如圖5 所示：

圖5 左右轉工況狀態遷移圖

左右轉工況狀態遷移規則表見表3：

表3 左右轉工況狀態遷移表

圖6 調頭工況狀態遷移圖

沖突定義：可以為行人、車輛、紅（黃）燈等。

調頭工況狀態遷移圖如圖6 所示。

調頭工況狀態遷移規則表見表4：

表4 調頭工況狀態遷移表

4 總結

本無人駕駛車輛的決策策略可以像熟練的駕駛員一樣產生安全、合理的駕駛行為。能夠完成包括路口直行、左轉、右轉、停止線停車等基本行為。在城區復雜環境中，無人駕駛車輛不斷從車外自然環境、交通環境、車內復雜信息空間、車體本身獲取有關人、車、路及環境等多源信息，并從中提取出關鍵信息，并像駕駛員一樣通過這些信息，思考判斷、評價和輸出安全、合理的駕駛行為。