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(qū)環(huán)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(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。在城區(qū)環(huán)境中，無人駕駛車輛行為決策的最終目標(biāo)是像熟練的駕駛員一樣產(chǎn)生安全、合理的駕駛行為。本發(fā)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(qū)環(huán)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(tǒng)，以電動汽車為平臺，集成激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)、GPS 慣導(dǎo)定位系統(tǒng)等傳感器，實現(xiàn)道路環(huán)境信息準(zhǔn)確感知，通過多傳感器信息融合技術(shù)將這些信息進(jìn)行集成，并結(jié)合高精度地圖和導(dǎo)航，提高信息輸出的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。實現(xiàn)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(zhèn)道路環(huán)境路口行駛和通行提供了一種完整策略和系統(tǒng)[1-2]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中決策模塊是無人駕駛的核心模塊，它從環(huán)境感知模塊中提取相關(guān)信息，將其抽象成為離散事件集合，并將無人車結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下的常規(guī)行為動作序列劃分為不同的行為狀態(tài)，通過對當(dāng)前駕駛環(huán)境的理解，在行車安全標(biāo)準(zhǔn)、行車效率標(biāo)準(zhǔn)和交通法規(guī)的約束下，將規(guī)劃結(jié)果分解為一個合理的駕駛行為狀態(tài)系列。與車輛控制模塊采用交互式通訊結(jié)構(gòu)，將符號形式的推理結(jié)果轉(zhuǎn)化為目標(biāo)點、候選點集合，發(fā)送至車輛控制模塊、最終控制車輛按規(guī)劃的結(jié)果實現(xiàn)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(tài)遷移圖如圖2 所示：

圖2 總狀態(tài)遷移圖

（2）路口行駛狀態(tài)遷移圖如圖3 所示：

圖3 路口行駛狀態(tài)遷移圖

路口狀態(tài)遷移規(guī)則表見表1：

表1 路口狀態(tài)遷移表

2 行駛策略

無人駕駛車輛在城區(qū)結(jié)構(gòu)化道路路口行駛時，結(jié)合交通規(guī)則等，我們制定以下幾種行駛策略。

（1）自主行駛

在結(jié)構(gòu)化道路條件下，除了執(zhí)行轉(zhuǎn)彎、超車、避障等動作外，無人駕駛車輛應(yīng)該跟隨路點行駛，不能離開車道，并應(yīng)該保持在車道內(nèi)行駛。

（2）跟隨行駛

在結(jié)構(gòu)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(qū)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(jìn)行描述是十分有意義的。在一定的速度調(diào)整范圍內(nèi)跟隨行駛也可視為加速狀態(tài)與減速狀態(tài)的集合。

（3）換道行駛

包括左換道和右換道。在發(fā)現(xiàn)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(zhí)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(jìn)行換道行駛行為。另外根據(jù)導(dǎo)向箭頭匯入目標(biāo)車道等行為都可視為換道行駛行為的拓展。

（4）直行

根據(jù)路徑規(guī)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(zhuǎn)

根據(jù)路徑規(guī)劃，在路口的右轉(zhuǎn)，可以看作是換道行駛（右換道）的一個特例。

（6）左轉(zhuǎn)

根據(jù)路徑規(guī)劃，在路口的左轉(zhuǎn)，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(qū)駕駛環(huán)境較為擁堵而造成減速到達(dá)一定閾值后的行為。

（8）調(diào)頭

無人駕駛車輛應(yīng)該能夠在具有一定長度和寬度的區(qū)域范圍內(nèi)執(zhí)行調(diào)頭。但是，在交叉路口的安全區(qū)域或單行線車道內(nèi)均不能執(zhí)行調(diào)頭。

圖4 直行工況狀態(tài)遷移圖

通過上述行駛策略保證無人駕駛車輛在城區(qū)環(huán)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(zhí)行的車輛動作[5]。

3 決策策略

直行工況狀態(tài)遷移如圖4 所示。

直行工況狀態(tài)遷移規(guī)則表見表2：

表2 直行工況狀態(tài)遷移表

沖突定義：可以為行人、車輛、紅（黃）燈等。

左右轉(zhuǎn)工況狀態(tài)遷移圖如圖5 所示：

圖5 左右轉(zhuǎn)工況狀態(tài)遷移圖

左右轉(zhuǎn)工況狀態(tài)遷移規(guī)則表見表3：

表3 左右轉(zhuǎn)工況狀態(tài)遷移表

圖6 調(diào)頭工況狀態(tài)遷移圖

沖突定義：可以為行人、車輛、紅（黃）燈等。

調(diào)頭工況狀態(tài)遷移圖如圖6 所示。

調(diào)頭工況狀態(tài)遷移規(guī)則表見表4：

表4 調(diào)頭工況狀態(tài)遷移表

4 總結(jié)

本無人駕駛車輛的決策策略可以像熟練的駕駛員一樣產(chǎn)生安全、合理的駕駛行為。能夠完成包括路口直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止線停車等基本行為。在城區(qū)復(fù)雜環(huán)境中，無人駕駛車輛不斷從車外自然環(huán)境、交通環(huán)境、車內(nèi)復(fù)雜信息空間、車體本身獲取有關(guān)人、車、路及環(huán)境等多源信息，并從中提取出關(guān)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。