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1.介紹

1.1. 換道的功能

簡單地說, 換道的作用就是從待選地參考線中選擇其中一個參考線, 供 Planning 后續模塊進行使用.

需要說明的是, Apollo 所開源出的換道代碼經過了過多的刪減, 只有一個簡單的框架. 有很多功能, 比如主動換道, 由于障礙物產生的被動換道, 較為完整的狀態機, 換道窗口和 Gap 的選擇等等功能都是缺失的. 本技術文章也只展現現有框架上的內容. 關于其他的換道功能請期待后續的內容.

1.2. 換道狀態機

Apollo 當前的換道狀態機如下:

對狀態機有一下幾點值得注意:

• 這里的IN_CHANGE_LANE同時包含了換道執行和換道準備兩個階段. 正常情況下應該加以區分. Apollo 采取的是先切換參考線后執行換道動作的方法, 也有友商會采用先執行換道動作在切換參考線的方法(好處是切換參考線的那一幀, 自車的橫向距離接近于 0).
• 當前代碼中并沒有體現出什么時候會換道失敗. 同樣有理由相信是由于刪除相關代碼導致的.
• 完整的換道狀態應該至少包含: 換道準備, 換道執行, 換道保持, 換道取消, 換道完成等狀態.

2. 代碼解析

2.1. 整體流程

相關代碼所在路徑: modules/planning/tasks/deciders/lane_change_decider/http://lane_change_decider.cc

1. 處理reference_line_info為空的異常情況.
2. 如果配置了強制換道reckless_change_lane為true, 則直接更新 Reference Line.
3. 獲取上一幀的換道狀態prev_status, 剛進入程序時, 可能prev_status沒有狀態信息(!prev_status->has_status()), 此時直接認為處于換道完成狀態.
4. 如果reference_line_info的數量為 1(即has_change_lane為false), 說明自車處在巡跡狀態, 自車當前所在的車道擁有唯一的車道線, 周圍沒有可變車道, 所以直接更新換道狀態即可.
5. 切換換道的狀態機

• 上一幀處在換道狀態ChangeLaneStatus::IN_CHANGE_LANE: 如果上一幀自車所在的 Lane 和這一幀所在的 Lane 相同, 說明自車還在往目標車道上走. 反之如果上一幀自車所在的 Lane 和這一幀所在的 Lane 不同, 說明自車已經在目標車道上了, 切換已經完成.
• 上一幀處在換道失敗狀態ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FAILED: 如果換道失敗, 則凍結狀態一段時間, 然后切換到正在換道狀態, 為下一次換道做準備.
• 上一幀處在換道完成狀態ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED: 換道成功后同樣凍結一段時間, 然后切換到正在換道狀態, 為下一次換道做準備. 這里凍結時間是為了避免頻繁換道.

2.2. 安全檢查

IsClearToChangeLane判斷換道是否安全.

1. 本安全判斷方法不考慮虛擬障礙物(Virtual Obstacles)和靜態障礙物(Static Obstacles).
2. 計算動態障礙物在 Reference Line 上面的投影. 投影的幾何意義如下圖所示:

1. 如果自車正在換道IsChangeLanePath, 利用上面計算的投影關系來忽略目標參考線的車道之外的障礙物.
2. 判斷障礙物的行駛方向是否和自車相同same_direction. 根據障礙物與自車的行駛方向的關系和速度關系分別計算前向安全距離和后向安全距離.
3. 如果自車和障礙物之間的距離大于上面計算的安全距離, 則認為可以安全換道的. HysteresisFilter是一種 Open Close 邏輯, 目的是增加安全判斷結果的穩定性(上一幀判斷結果認為是安全的, 那么這一幀就更傾向于給出是安全的判斷, 反之亦然).

2.3. 更新 Reference Line

LaneChangeDecider::PrioritizeChangeLane

1. 輸入: is_prioritize_change_lane. 如果is_prioritize_change_lane為true, 則找自車要切換的目標參考線. 反之如果is_prioritize_change_lane為false, 則找自車當前位置所在的 Lane 所在的參考線.
2. reference_line_info->splice(reference_line_info->begin(),*reference_line_info, iter);將步驟 1 找到的iter所指向的參考線放在鏈表的最前面. 由于 Planning 后續模塊使用的都是reference_line_info().front(), 所以鏈表的最前面就表示當幀就是使用的參考線. splice的使用詳細說明見C++ 基礎.
3. 輸出: ReferenceLineInfo鏈表.

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