二、横向变道过程
UNR157中定义的一个完整的变道过程(Lane Change Procedure,LCP)包含如下步骤:
(1)打开转向灯,变道开始;
(2)车道保持功能挂起;
(3)车辆向车道边界横向移动;
(4)变道执行;
(5)车道保持功能恢复;
(6)关闭转向灯,变道结束。
如图2所示,整个变道过程可归纳为三个子过程:变道准备过程、变道执行过程和变道完成过程。变道准备过程从转向灯打开开始,到车辆前轮刚接触车道边界结束;变道执行过程从前轮外缘接触车道线开始,到车辆后轮完全越过车道线结束;变道执行过程以车辆后轮完全越过车道线开始,到转向灯关闭结束。
图2 变道完整过程
对变道过程的整体要求包括:
(1)在预测的变道路径上,与其他车辆和道路使用者没有碰撞风险;
(2)变道过程对其他车辆和道路使用者来说要可见,包括通过转向灯、声音等可见方式;
(3)变道过程不应犹豫不决,变道每个过程都要在固定时间完成;
(4)在当前法律支持的情况下,ALKS车辆支持连续变道或选择在硬路肩上进行变道;
(5)ALKS应在变道过程开始时发送打开转向灯的信号,并在整个变道过程中保持此信号。当变道完成,ALKS恢复车道保持行驶功能后,ALKS发送关闭转向灯的信号。
ALKS激活后,以下所有条件满足后,才允许激活变道过程:
(1)ALKS车辆感知系统前向、侧向、后向探测范围满足要求,具体要求见后文OEDR章节;
(2)无与执行变道过程相关的系统故障;
(3)目标车道的变道空间满足或即将满足(目标车道可以是超车道、应急车道、硬路肩、避险车道或路边等)。
变道过程可发生于车辆正常行驶过程或执行最小风险策略过程,各自对变道过程具有一些额外要求:
(1)对于正常行驶过程中的变道过程,首先要满足变道场景(当前行驶车道由于道路变窄消失、前方存在低速行驶车辆等),其次是要变得目标车道允许通行(或临时开放作为公共道路的硬路肩),最后要能在ALKS车辆停止前能完成变道(主要为了防止出现ALKS车辆骑在中间车道线上的现象,一旦出现这种现象,ALKS要在车辆下次启动时控制车辆继续完成变道过程或返回原车道)。
(2)对于执行最小风险策略过程中的变道过程,首先是要确保在这种场景下选择变道比选择刹车可以给乘客和其他道路使用者带来更小的风险,其次应判断是否需要减速来更好地进行变道,最后在执行最小风险策略的前3秒内,不应启动变道过程。
在整个变道过程中,变道执行(Lane Change Manoeuvre,LCM)过程将承担变道过程的主要工作,对其整体要求包括:
(1)变道执行启动前的变道准备时间需要满足当地的交通法规,一般都是要求5s以内完成变道准备工作;
(2)当目标车道的相关区域在整个变道执行阶段预计不会被占用(变道侧相邻两车道车辆的行驶轨迹与ALKS车辆变道轨迹不会发生冲突),才允许启动变道执行;
(3)变道执行过程中,横向移动需要保持连续(变道准备过程向车道线靠近过程的横向移动也需要连续),同时要保证除道路曲率产生的横向加速度外,ALKS产生的横向加速度不能超过1m/s2;
(4)变道执行过程中,当发生无法继续完成变道的场景(比如变道空间突然不满足、侧向感知传感器故障等),需要执行变道取消,并在条件允许时返回原车道;
(5)变道执行过程结束,ALKS车辆应处于目标车道内,而不应出现车轮压车道线或骑在车道线上的情况;
(6)连续变道程中,当可以确保每个变道执行过程的横向行为都可以被后方车辆感知、识别到,那么转向灯打开信号可保持连续激活。
作为变道过程的一部分,变道执行过程也可发生于车辆正常行驶过程或执行最小风险策略过程,各自对变道执行过程也具有一些附加要求:
(1)正常行驶过程的变道执行
(a)ALKS要能通过其他车辆的转向灯状态、车辆运动状态、周围交通状况来评估其他车辆是否有变道到目标车道的行为,是否具有潜在碰撞风险的轨迹;
(b)假设PVPA中存在一个区域,ALKS无法识别出里面其他车辆转向灯的状态,那么在这种场景,只要上述区域内存在其他车辆,安全起见就不允许进行变道执行。除非能通过其他参数评估出其他车辆(包括驶入/驶出目标车道的其他车辆)的运动轨迹不会与ALKS车辆的变道轨迹发生冲突。在此种场景下,目标车道相邻车道上的接近车辆应等同于目标车道上的接近车辆。
注:潜在车辆存在区域(Potential Vehicle Presence Area,PVPA)是指在变道过程中,其他车辆可能与ALKS车辆产生“交集”的区域。这个区域主要由四条直线围成:(a)车辆前方,垂直于车辆行驶方向,距离为前文定义的最小跟车距离值;(b)车辆后方,垂直于车辆行驶方向,距离参照后文目标车道无接近车辆后方距离要求;(c)车辆侧方,平行于车辆行驶方向,为不与目标车道相邻的车辆一侧;(d)车辆侧方,平行于车辆行驶方向,变道侧最远处的车道线或目标车道最外侧车道(在目标车道外没有车道的时候),详见图3。
图3 PVPA示意图
(2)最小风险策略下的变道执行
(a)启动变道执行前,要提前打开转向灯、关闭危险报警灯来告知其他道路使用者;
(b)变道执行完成,及时关闭转向灯、打开危险报警灯;
(c)当变道执行将车辆带到一个不足以容纳整个车辆宽度的道边或硬路肩上停车时,此时允许压线停车。
目标车道是否有接近车辆,变道是否会导致接近车辆异常减速,这些都需要在变道执行启动前评估好,包括正常行驶过程的目标车道要求和最小风险策略下目标车道要求。
(1)正常行驶过程目标车道要求
(a)目标车道有接近车辆。要保证目标车道上的接近车辆不会因为ALKS车辆变道而发生不合理的减速,尤其在变道不是那么必须的情况下,比如超车变道。但是当变道确实需要且当地法规无详细规定情况下,在变道执行启动Bs后,不得使接近车辆的最大减速度大于Am/s2,从而确保两车之间的间距不小于ALKS车辆行驶Cs的距离。
注:A取3(m/s2);ALKS车辆在向车道边界横向移动的变道准备过程,已经识别出接近车辆的整个宽度持续时间达1s,这个时候B取0.4(s),否则B取1.4(s);C取1(s)。
(b)目标车道没有接近车辆。此场景下假设接近车辆与ALKS车辆距离等于感知系统后向探测最大值(即将被看到)、正在以最高车速+30km/h或160km/(取较小者)的车速行驶、ALKS车辆在横向移动过程中已经识别出接近车辆的整个宽度达1s。基于以上假设,利用上条(a)的条件判断目标车道是否满足。
(c)目标车道有不大于ALKS车辆速度的后方车辆。变道执行启动时,ALKS车辆与目标车道后方车辆的间距,不得小于后方车辆1s内的行驶距离。
(2)最小风险策略过程目标车道要求
(a)当地法规无详细规定情况下,在变道执行启动Bs后,不得使接近车辆的最大减速度大于Am/s2,从而确保两车之间的间距不小于ALKS车辆行驶Cs的距离。
注:A取3.7(m/s2);在变道准备阶段,当ALKS车辆已经横向移动了1s但还没有穿越车道线、转向灯已经打开至少3s,ALKS车辆感知系统已经识别出接近车辆的整个宽度,此时B取0(s)。ALKS车辆在向车道边界的横向移动的变道准备过程,已经识别出接近车辆的整个宽度持续时间达1s,这个时候B取0.4(s),否则B取1.4(s);当目标车道为低速车道或硬路肩时,C取0.4(s),否则取1(s)。
(b)目标车道没有接近车辆。此场景下假设接近车辆与ALKS车辆距离等于感知系统后向探测最大值(即将被看到)、正在以最高车速+30km/h或160km/(取较小者)的车速行驶 || (目标车道为硬路肩,接近车辆速度为80km/h或两车之间车速差大于40km/h,两者取较低者)、ALKS车辆在横向移动过程中已经识别出接近车辆的整个宽度达1s。基于以上假设,利用上条(a)的条件判断目标车道是否满足。
(c)目标车道有不大于ALKS车辆速度的后方车辆。变道执行启动时,ALKS车辆与目标车道后方车辆的间距,不得小于后方车辆0.7s内的行驶距离。
在往目标车道为正常车道的变道过程中,ALKS车辆若需要减速,在评估与后方接近车辆的距离时,需要将减速度因素考虑进去。除非是为了避免或减轻紧急碰撞风险或者需要确保在执行最小风险策略过程达目标停车区域,否则最大减速度绝对值不得超过2 m/s^2(主要防止减太快发生追尾)。
在变道完成时,若与后方车辆没有足够的行车间隔时间,ALKS车辆在2s内不得进行减速,除非是为了避免或减轻紧急碰撞风险或者需要确保在执行最小风险策略过程达目标停车区域或者是满足法规要求(满足车道限速要求,保证与前车足够的跟车距离)。(其实此条就是限制ALKS车辆不能强行加塞)。
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