智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)的總體框架，全局路徑規(guī)劃、行為決策、局部路徑規(guī)劃的功能要求，性能測(cè)試所需的環(huán)境要求、測(cè)試道路、車(chē)載系統(tǒng)要求及測(cè)試評(píng)價(jià)方法。本文件適用于封閉、半封閉道路或特定開(kāi)放式道路的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃和行為決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB5768.3道路交通標(biāo)志和標(biāo)線(xiàn)第3部分:道路交通標(biāo)線(xiàn)GB/T20271-2006 信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)通用安全技術(shù)要求GB/T26773-2011 智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)性能要求與檢測(cè)方法GB/T33577智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)輛前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)性能要求和測(cè)試規(guī)程GB/T34597乘用車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）直線(xiàn)制動(dòng)距離開(kāi)環(huán)試驗(yàn)方法GB/T41484汽車(chē)用超聲波傳感器總成CJJ45-2015城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JTGB01-2019公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTGD20公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范QC/T1128汽車(chē)用攝像頭術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)intelligentconnectedvehicle通過(guò)搭載先進(jìn)的車(chē)載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與人、車(chē)、路、云端等的智能信息交換和信息共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能的新一代汽車(chē)。

全局路徑規(guī)劃globalpathplanning基于已有的地理信息，按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（路程、時(shí)間或能耗最優(yōu)等），根據(jù)算法搜索出一條從起始位置到目標(biāo)位置、可行行駛路徑的過(guò)程。

行為決策behavioraldecisionmaking根據(jù)全局路徑規(guī)劃結(jié)果，通過(guò)分析道路結(jié)構(gòu)環(huán)境，針對(duì)自身所處的駕駛場(chǎng)景，基于基本交通規(guī)則或駕駛經(jīng)驗(yàn)組成的駕駛知識(shí)，利用規(guī)則決策模型、優(yōu)化方法或?qū)W習(xí)型算法，確定加速、減速、換道或超車(chē)等駕駛行為的過(guò)程。

局部路徑規(guī)劃localpathplanning基于行為決策的駕駛行為指令，利用搜索或優(yōu)化算法動(dòng)態(tài)規(guī)劃滿(mǎn)足駕駛安全性、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、乘坐舒適性等需求，從當(dāng)前位置到某一子目標(biāo)位置的最優(yōu)行駛軌跡，并確定各軌跡點(diǎn)車(chē)輛的速度和加速度的過(guò)程。

車(chē)輛數(shù)據(jù)vehicledata車(chē)載端上存儲(chǔ)的汽車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)汽車(chē)在本地生成的數(shù)據(jù)、在用戶(hù)許可后由外部進(jìn)入用戶(hù)數(shù)據(jù)）縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。MFDD充分發(fā)出的平均減速度 MeanFullyDevelopedBrakingDeceleration總體框架智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)的總體框架應(yīng)符合圖1的規(guī)定，依次經(jīng)過(guò)全局路徑規(guī)劃、行為決策和局部路徑規(guī)劃，得到期望的駕駛行為、運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，并向車(chē)輛線(xiàn)控底盤(pán)系統(tǒng)輸出車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)向控制、制動(dòng)控制等信號(hào)。當(dāng)汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)發(fā)生改變后，應(yīng)重新執(zhí)行行為決策，確定車(chē)輛的下一步駕駛行為，并開(kāi)展局部路徑規(guī)劃，通過(guò)車(chē)輛線(xiàn)控底盤(pán)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行，直到抵達(dá)終點(diǎn)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)框架功能要求全局路徑規(guī)劃功能要求全局規(guī)劃應(yīng)具備下列功能：理解包括道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交叉口信息、交通標(biāo)志等數(shù)字地圖信息；設(shè)置路徑長(zhǎng)度最短、紅綠燈路口最少、時(shí)間最短，或者能耗最少等優(yōu)先條件；根據(jù)用戶(hù)需求，設(shè)置起點(diǎn)、終點(diǎn)，還可根據(jù)用戶(hù)需要，設(shè)置中間必經(jīng)節(jié)點(diǎn)；根據(jù)優(yōu)先條件選擇最優(yōu)路徑；全局路徑能夠考慮車(chē)輛尺寸，避免與障礙物發(fā)生碰撞；全局路徑達(dá)到車(chē)道級(jí)精度；全局路徑滿(mǎn)足交通規(guī)則規(guī)定的行駛要求；全局路徑滿(mǎn)足車(chē)輛通行要求；生成的全局路徑應(yīng)平滑，避免急劇的轉(zhuǎn)彎和加減速，以提高乘坐舒適性和降低能耗；不大于行為決策功能要求行為決策應(yīng)具備下列功能：配備任務(wù)路線(xiàn)、交通環(huán)境、交通法規(guī)、駕駛規(guī)則知識(shí)等相互關(guān)系的行為規(guī)則庫(kù)；獲取自車(chē)的位置、速度、方向、所在車(chē)道，位置定位精度不大于10cm；獲取道路交通設(shè)施等固定障礙物的位置、三維尺寸（長(zhǎng)、寬、高）等狀態(tài)；獲取行人、機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)等道路交通參與者的位置、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向、三維尺寸（長(zhǎng)、寬、高）等狀態(tài)；能夠識(shí)別交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)和遵守交通規(guī)則，包括交通信號(hào)、限速、讓行、宜識(shí)別交警手勢(shì)指令等；對(duì)當(dāng)前道路環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行邏輯推理，根據(jù)車(chē)輛狀態(tài)、周?chē)h(huán)境和預(yù)測(cè)分析，做出相應(yīng)的安全決策，根據(jù)優(yōu)先級(jí)設(shè)定、道路寬度、交通流量等考慮因素，做出合適的道路選擇和行駛決策；加速、減速或保持速度等速度決策；應(yīng)對(duì)緊急情況，在出現(xiàn)緊急情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)對(duì)，如緊急制動(dòng)、避讓等，以確保自車(chē)和周?chē)缆方煌▍⑴c者的安全；生成起步、車(chē)道保持、變道、轉(zhuǎn)向、避障、制動(dòng)等行為及持續(xù)時(shí)間的決策指令；生成行為決策指令的時(shí)間不大于50ms。局部路徑規(guī)劃功能要求局部路徑規(guī)劃應(yīng)具備下列功能：符合車(chē)輛行駛安全性要求。規(guī)劃的路徑應(yīng)確保車(chē)輛與場(chǎng)景中的靜態(tài)障礙物不發(fā)生碰撞，應(yīng)避免與動(dòng)態(tài)障礙物碰撞；符合車(chē)輛行駛舒適性要求。應(yīng)考慮到車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)特性和車(chē)身穩(wěn)定性，汽車(chē)行駛的側(cè)向加速度應(yīng)不大于0.4g，生成的車(chē)輛軌跡平滑；設(shè)置穩(wěn)定性、駕駛效率等優(yōu)先條件，并建立最優(yōu)路徑評(píng)價(jià)函數(shù)；根據(jù)最優(yōu)路徑評(píng)價(jià)函數(shù)確定最優(yōu)路徑；生成行駛軌跡，且應(yīng)生成每個(gè)軌跡點(diǎn)的速度和加速度；路徑生成的軌跡中，相鄰軌跡點(diǎn)的距離應(yīng)不大于10cm；向線(xiàn)控底盤(pán)系統(tǒng)輸出縱向運(yùn)動(dòng)控制、橫向運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)控制信號(hào)；不大于100測(cè)試的通用要求測(cè)試環(huán)境要求如未表明特殊要求，所有測(cè)試均在下述條件下進(jìn)行：無(wú)降雪、冰雹、揚(yáng)塵等惡劣天氣情況；環(huán)境溫度在-20℃~45℃之間；水平能見(jiàn)度不小于1km；測(cè)試場(chǎng)電磁環(huán)境不會(huì)對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信測(cè)試產(chǎn)生影響。測(cè)試道路要求道路應(yīng)為封閉道路、半封閉道路或者開(kāi)放式特定道路，道路應(yīng)包含起步、車(chē)道保持、變道、轉(zhuǎn)向、避障、制動(dòng)等駕駛行為對(duì)應(yīng)的測(cè)試場(chǎng)景，以支持行為決策和局部路徑規(guī)劃能力測(cè)試。道路類(lèi)型應(yīng)為高速公路或者城市道路，路面為平坦且干燥的混凝土或?yàn)r青路面。道路車(chē)道線(xiàn)標(biāo)識(shí)狀態(tài)良好，應(yīng)符合GB5768.3的規(guī)定。道路照明應(yīng)符合CJJ45-2015中3.3.1和3.4.1的規(guī)定。單車(chē)道路寬度宜不小于3.5m，雙車(chē)道路宜不小于7m，應(yīng)符合JTGB01-2019和JTGD20的規(guī)定。道路路段為彎道時(shí)，應(yīng)符合JTGB01-2019第4章的規(guī)定。道路應(yīng)涵蓋車(chē)道變化的情況，包括變道、合流和分流等場(chǎng)景，以測(cè)試車(chē)輛的變道和并線(xiàn)能力。道路應(yīng)具有道路施工、路口堵塞、臨時(shí)停車(chē)等場(chǎng)景路況，以驗(yàn)證車(chē)輛在遇到這些限制時(shí)的局部路徑規(guī)劃和行為決策能力。車(chē)載系統(tǒng)要求車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)具備衛(wèi)星定位功能，定位精度應(yīng)不大于10cm。車(chē)載系統(tǒng)宜具備高精度地圖導(dǎo)航功能，高精度坐標(biāo)精度應(yīng)不大于10cm。高精度的地圖數(shù)據(jù)需包括道路拓?fù)?、?chē)道線(xiàn)、標(biāo)志標(biāo)牌、交通信號(hào)等。車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)配備超聲波雷達(dá)，且符合GB/T41484的規(guī)定。車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)配備毫米波雷達(dá)，測(cè)距范圍在0.5m~80m之間，測(cè)距精度±0.35m@5m，測(cè)速精度±0.14m/s，測(cè)角精度±0.5°@0°。車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)配備車(chē)載攝像機(jī)，且符合QC/T1128的規(guī)定。車(chē)載系統(tǒng)可配備激光雷達(dá)。車(chē)載系統(tǒng)處理傳感器數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)和車(chē)輛狀態(tài)信息滿(mǎn)足的要求6.1j），6.2j）和6.3h）的要求，并生成路徑規(guī)劃和決策結(jié)果。車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)能與外部通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，與其他車(chē)輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，獲取交通信息、路況信息等，并實(shí)現(xiàn)協(xié)同規(guī)劃和決策。車(chē)載系統(tǒng)的安全性和可靠性應(yīng)符合GB/T20271-2006第4章的要求，能夠防止黑客攻擊、故障和意外情況，并保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。車(chē)載傳感系統(tǒng)、路徑規(guī)劃及行為決策系統(tǒng)、線(xiàn)控底盤(pán)系統(tǒng)應(yīng)自檢無(wú)故障。測(cè)試和評(píng)價(jià)測(cè)試步驟智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路徑規(guī)劃及行為決策能力應(yīng)按進(jìn)行測(cè)試：車(chē)輛在起始位置，處于停車(chē)狀態(tài)；車(chē)輛獲取自車(chē)初始位置；選擇行駛終點(diǎn)、中間必經(jīng)；選擇路徑長(zhǎng)度最短、紅綠燈路口最少、時(shí)間最短，或者能耗最少等優(yōu)先條件；車(chē)輛根據(jù)數(shù)字地圖，計(jì)算滿(mǎn)足優(yōu)先條件的生成一條全局規(guī)劃路徑。車(chē)輛根據(jù)，從起始位置啟動(dòng)，按照?qǐng)D1框架，不斷開(kāi)展行為決策、局部路徑規(guī)劃、底盤(pán)驅(qū)動(dòng)和車(chē)輛行駛，直至到達(dá)終點(diǎn)。其中行為決策測(cè)試按以下步驟開(kāi)展：獲取車(chē)輛當(dāng)前位置、速度、方向、所在車(chē)道等信息；通過(guò)車(chē)載環(huán)境感知設(shè)備，測(cè)量靜態(tài)障礙物的位置和尺寸，分析碰撞風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)車(chē)載環(huán)境感知設(shè)備，感知?jiǎng)討B(tài)障礙物的位置、尺寸、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向，估算其未來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)車(chē)載環(huán)境感知設(shè)備，感知交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)信息；根據(jù)全局路徑規(guī)劃任務(wù)需求，結(jié)合當(dāng)前環(huán)境的靜止障礙物位置和尺寸、動(dòng)態(tài)障礙物運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)信息，確定車(chē)輛的下一步駕駛行為和持續(xù)時(shí)間。其中局部路徑規(guī)劃測(cè)試，按以下步驟開(kāi)展：獲取車(chē)輛當(dāng)前位置；行為決策確定的駕駛行為及持續(xù)時(shí)間，計(jì)算子目的地位置；行為決策確定的駕駛行為子目的地位置的速度、加速度和橫向角速度。性能評(píng)價(jià)全局路徑規(guī)劃性能評(píng)價(jià)當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，全局路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：規(guī)劃得到的全局路徑應(yīng)從起點(diǎn)開(kāi)始，按照先后順序依次經(jīng)過(guò)所有中間必經(jīng)點(diǎn)，最后到達(dá)終點(diǎn)；根據(jù)選擇的優(yōu)先條件，規(guī)劃得到的全局路徑長(zhǎng)度、經(jīng)過(guò)的紅路燈路口數(shù)量、行駛時(shí)間、能耗與理想值相比，誤差應(yīng)不超過(guò)1%；規(guī)劃得到的全局路徑應(yīng)確保車(chē)輛能夠遵循交通規(guī)則，避免碰撞，并確保車(chē)輛行駛的平穩(wěn)性。行為決策和局部路徑規(guī)劃性能評(píng)價(jià)基本要求行為決策和局部路徑規(guī)劃性能評(píng)價(jià)應(yīng)符合以下要求：根據(jù)車(chē)輛在起步、車(chē)道保持、變道、轉(zhuǎn)向、避障、制動(dòng)等駕駛行為對(duì)應(yīng)的測(cè)試場(chǎng)景中的測(cè)試效果，評(píng)價(jià)行為決策和局部路徑規(guī)劃的性能。所有測(cè)試均在測(cè)試車(chē)輛自動(dòng)駕駛狀態(tài)下完成，僅當(dāng)車(chē)輛在所有測(cè)試場(chǎng)景、所有駕駛行為滿(mǎn)足通過(guò)性條件，且全程與周?chē)o、動(dòng)態(tài)障礙物無(wú)碰撞，遵守交通規(guī)則和交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)指示的交通法規(guī)，則認(rèn)為行為決策和局部路徑規(guī)劃性能通過(guò)測(cè)試評(píng)價(jià)。起步起步行為的示意圖見(jiàn)圖2，當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，起步的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：車(chē)輛起步啟動(dòng)時(shí)間不大于5s；車(chē)輛完成起步后，速度不小于10km/h；規(guī)劃得到從車(chē)輛啟動(dòng)到完成起步的局部路徑沿車(chē)道線(xiàn)方向，局部路徑與所在車(chē)道中心線(xiàn)的偏移量按GB/T26773-2011之4.3.2的規(guī)定，最大偏移量不大于0.3m。起步車(chē)道保持車(chē)道保持的示意圖見(jiàn)圖3，當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，車(chē)道保持的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：車(chē)輛應(yīng)沿直線(xiàn)以不小于20km/h速度行駛，且以穩(wěn)定車(chē)速行駛；規(guī)劃得到的局部路徑沿車(chē)道線(xiàn)方向，局部路徑與所在車(chē)道中心線(xiàn)的偏移量按GB/T26773-2011之4.3.2的規(guī)定，最大偏移量不大于0.3m；車(chē)輛在本車(chē)道內(nèi)行駛，車(chē)輪不觸軋道路邊緣線(xiàn)。車(chē)道保持變道變道分為向左變道和向右變道，示意圖分別見(jiàn)圖4和圖5。當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，變道的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：車(chē)輛變道前，應(yīng)沿直線(xiàn)以不大于當(dāng)前道路限速的速度行駛；行駛路徑不應(yīng)連續(xù)變換兩條或兩條以上車(chē)道；行駛路徑中的橫向移動(dòng)應(yīng)連續(xù)完成，路徑曲率不應(yīng)有突變；變道過(guò)程中車(chē)輛的側(cè)向加速度應(yīng)不大于0.4g；應(yīng)符合GB/T33577的要求，自車(chē)與前、后方車(chē)輛無(wú)碰撞。向左變道向右變道轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向分為沿彎道轉(zhuǎn)向、交叉路口左轉(zhuǎn)、交叉路口右轉(zhuǎn)三種方式，示意圖分別見(jiàn)圖6、圖7和圖8。當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，轉(zhuǎn)向的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)速應(yīng)不大于20km/h；側(cè)向加速度應(yīng)不大于0.4g；車(chē)輛沿彎道轉(zhuǎn)向時(shí)，行駛路徑與車(chē)道線(xiàn)方向保持一致，行駛路徑與所在車(chē)道中心線(xiàn)的偏移量按按GB/T26773-2011之4.3.2的規(guī)定，最大偏移量不大于0.3m；車(chē)輛按照交叉路口左轉(zhuǎn)或交叉路口右轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)向時(shí)，行駛路徑的曲率應(yīng)連續(xù)變化，不應(yīng)存在突變。沿著彎道轉(zhuǎn)向交叉路口左轉(zhuǎn)交叉路口右轉(zhuǎn)避障避障分為向左避障和向右避障兩種方式，示意圖分別見(jiàn)圖9和圖10。當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，避障的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：車(chē)輛避障前，應(yīng)沿直線(xiàn)以不小于20km/h的速度行駛；車(chē)輛避障過(guò)程中的速度應(yīng)不大于20km/h，且速度逐漸減小，MFDD不大于2m/s2；車(chē)輛避障過(guò)程中的側(cè)向加速度應(yīng)不大于0.4g；車(chē)輛避障時(shí)，應(yīng)符合GB/T33577的要求，行駛路徑應(yīng)確保自車(chē)與障礙物無(wú)碰撞。向左避障向右避障停車(chē)制動(dòng)停車(chē)制動(dòng)示意圖見(jiàn)圖11。當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足下述條件時(shí)，停車(chē)制動(dòng)的行為決策和局部路徑規(guī)劃被評(píng)估為通過(guò)：車(chē)輛應(yīng)沿直線(xiàn)以不小于20km/h速度行駛；車(chē)輛在接近目標(biāo)