CN111674403B - 自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法 - Google Patents

自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆所行驶车道的车道曲率，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则按公式一计算车辆横向偏移值；公式一：车辆横向偏移值=K*车道曲率的变化率*预瞄距离的立方/6，其中，K为比例系数，根据不同车辆预先标定，所述车道曲率的变化率为所述车道曲率相对于所述预瞄距离的求导,所述预瞄距离为车道居中辅助功能按规划的路径预测车辆向前行驶的直线距离。本发明提高了自动驾驶的安全性和舒适性。

Description

自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及在进出弯道时的控制方法。
背景技术
车道居中辅助功能是一种通过***自动控制方向盘来辅助驾驶员在车道中间行驶的功能。传统的控制方法主要是通过路径预测或者计算道路偏离量来直接进行横向控制，传统的控制方法在车辆驶入和驶出弯道时，由于车道曲率会迅速变化，而***反应延迟，经常出现控制力变化不及时而导致车辆行驶轨迹偏向某一侧路边，导致入弯时靠近车道外侧，出弯时靠近车道内侧，容易引发安全事故。特别是在经过一些比较陡的S型弯时，由于当前的传感器都不会提前输出整条S曲线参数，而曲率又快速变化，在***控制时经常会出现控制力的突变导致不舒适，甚至经常会直接压线而偏离出去，最后导致***退出，所以控制效果很差。
发明内容
鉴于目前现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种安全性和舒适性较高的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法。
为达到上述目的，本发明的实施方式采用如下技术方案：
一种自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆所行驶车道的车道曲率，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则按公式一计算车辆横向偏移值；
公式一：车辆横向偏移值＝K*车道曲率的变化率*预瞄距离的立方/6，
其中，K为比例系数，根据不同车辆预先标定，所述车道曲率的变化率为所述车道曲率相对于所述预瞄距离的求导,所述预瞄距离为车道居中辅助功能按规划的路径预测车辆向前行驶的直线距离。
进一步，获取车辆所行驶车道的车道曲率后，先判断所述车道曲率的绝对值是否大于第一阀值，如果否，则忽略；如果是，则再判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少。
进一步，如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，然后进一步判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否大于第二阀值，如果否，则忽略；如果是，则按公式一计算车辆横向偏移值。
进一步，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，同时并判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否持续大于第二阀值，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，或所述车道曲率的变化率的绝对值没有持续大于第二阀值，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，且所述车道曲率的变化率的绝对值持续大于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值。
进一步，所述车辆横向偏移值计算出后，通过用P I D控制器来计算出扭矩值，对居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿，且所述扭矩值用于对所述方向盘扭力杆扭矩进行补偿具有限幅，所述限幅为0.5牛顿·米。
进一步，所述车道曲率是由设置于车辆前部的感测器获得，所述感测器包括摄像头和信息处理单元，所述摄像头拍摄车辆外部车道的图像，所述图像发送到所述信息处理单元计算出所述车道曲率，所述信息处理单元还根据所述车道曲率和所述预瞄距离计算出所述车道曲率的变化率。
进一步，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，所述预设时间为0.2秒。
进一步，所述判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断连续多个周期各周期的车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，所述预设时间＝所述连续多个周期的数量*所述周期的间隔。
进一步，所述第一阀值为0.00005米负一次方。
进一步，所述第二阀值为0.000001米负二次方。
本发明通过对车辆所行驶车道的车道曲率进行判断，如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则说明此时车辆在进出弯道或在S弯道行驶，则基于车道曲率计算车辆横向偏移值，然后再用该车辆横向偏移值通过用P I D控制器来计算出扭矩值，对车道居中辅助功能按常规计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿，以让车辆不是偏向某一侧边，而是尽量居中行驶，这样就不会容易压线甚至引发安全事故，也不会因偏离出去而使得车道居中辅助功能突然退出，提高了自动驾驶的安全性和舒适性。进一步，还配合对车道曲率的变化率进行判断，如果车道曲率的变化率的绝对值较大，则根据公式进行计算并对方向盘扭力杆扭矩进行补偿。因为，如果车道曲率的变化率的绝对值较大，说明此时弯道的幅度较大，车辆更容易偏离出去，所以更需要对方向盘扭力杆扭矩进行补偿，以让车辆尽可能的居中行驶。当然，如果所述车道曲率的绝对值没有在持续增加或减少，或者如果车道曲率的变化率的绝对值较小，则忽略。因为此时车辆应该是在直道上或者在弯道内行驶，常规的车道居中辅助功能已能够让车辆平稳行驶。
附图说明
(无)
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施方式一种自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆所行驶车道的车道曲率，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则按公式一计算车辆横向偏移值；
公式一：车辆横向偏移值＝K*车道曲率的变化率*预瞄距离的立方/6，
其中，K为比例系数，根据不同车辆预先标定，所述车道曲率的变化率为所述车道曲率相对于所述预瞄距离的求导,所述预瞄距离为车道居中辅助功能按规划的路径预测车辆向前行驶的直线距离。
车道曲率，是用于表征车辆所行驶车道的弯曲程度，即车道向左弯或向右弯的变化情况，为区分向左和向右而分别用正负值所示。所以，理论上，当车道曲率的绝对值等于0，则表示车道是直道；大于0，则表示车道是弯道。如果车辆在从直道进入弯道时，车道曲率的绝对值会从0开始持续增加；如果车辆在弯道内持续行驶，车道曲率的绝对值会持续保持为大于0但不会持续增加或减少；如果车辆在从弯道出去进入直道，车道曲率的绝对值会持续减少到0；如果车辆在S弯道内行驶，则车道曲率的绝对值会持续增加和持续减少间隔着重复。所以，本发明通过对车辆所行驶车道的车道曲率进行判断，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则根据公式一基于车道曲率计算车辆横向偏移值。
其中，所述公式一的推导过程如下。
在自动驾驶领域，一般用公式二来表示车辆横向偏移值与预瞄距离之间的关系：
公式二：X＝C3*Z3+C2*Z2+C1*Z+C0，
其中，X为车辆横向偏移值，Z为预瞄距离，C3、C2、C1、C0为预设参数。
对公式二进行二次求导，上述公式二左侧即为车道曲率；对公式二进行三次求导，上述公式二左侧即为车道曲率的变化率。对公式二进行三次求导，变为公式三。
公式三：Cd＝6*C3,
其中Cd为车道曲率的变化率，车道曲率的变化率与车辆横向偏移值之间的关系主要是公式二中的三次项C3*Z3。
对公式三换算下可得，C3＝Cd/6,
所以得到公式一的理论关系：X＝k*Cd*Z3/6，其中K为比例系数，根据各车型的不同预先标定为不同的数值，因为各车型本身的外形尺寸以及速度控制均有差异。
根据公式一，计算出车辆横向偏移值后，通过用PI D控制器来计算出扭矩值，对居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿，以让车辆不是偏向某一侧边，而是尽量居中行驶，这样就不会容易压线甚至引发安全事故，也不会因偏离出去而使得车道居中辅助功能突然退出，提高了自动驾驶的安全性和舒适性。
且为了进一步提升舒适性，所述扭矩值用于对所述方向盘扭力杆扭矩进行补偿具有限幅，在一具体实施例中，所述限幅为0.5牛顿·米。
其中，所述车道曲率是由设置于车辆前部的感测器获得，所述感测器包括摄像头和信息处理单元，所述摄像头拍摄车辆外部车道的图像，所述图像发送到所述信息处理单元计算出所述车道曲率，所述信息处理单元还根据所述车道曲率和所述预瞄距离计算出所述车道曲率的变化率。
而判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，在一具体实施例中，所述预设时间为0.2秒。
更具体的，所述判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断连续多个周期各周期的车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，所述预设时间＝所述连续多个周期的数量*所述周期的间隔。而所述周期的间隔也是所述感测器获取车道曲率的周期间隔，即所述感测器按周期每获得一个车道曲率，均用于判断并进而用于控制，提高了本发明控制方法的及时性。而是否持续增加或减少，举例来说，如果第二周期的车道曲率的绝对值大于第一周期的车道曲率的绝对值，第三周期的车道曲率的绝对值大于第二周期的车道曲率的绝对值，则为持续增加。反之，同理可推。在一具体实施例中，所述周期的间隔为0.02秒，所述连续多个周期的数量为10。
另外，实际上，在行驶过程中，车辆在直行时也是不可能保持百分之百的笔直，而是往往时而往左偏一点时而往右偏一点。所以，即使车辆是在直道上行驶，对于感测器而言，其获得的车道曲率也不是0，而往往会是车道曲率的绝对值稍大于0。所以，进一步，本发明在获取车辆所行驶车道的车道曲率后，先判断所述车道曲率的绝对值是否大于第一阀值，如果否，则忽略，因为认为此时是车辆在不可避免的小幅度的左偏或右偏；如果是，则再判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少。在一具体实施例中，所述第一阀值为0.00005米负一次方。
进一步，很多时候，车辆在进出弯道时，车道居中辅助功能也能让车辆平稳的行驶，而当车道曲率的变化幅度较大时，即弯道的幅度较大时，才容易出现跑偏的情况，所以，本发明在判断如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少后，进一步判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否大于第二阀值，如果否，则忽略；如果是，则按公式一计算车辆横向偏移值。如此，可进一步提升自动驾驶的舒适性。在一具体实施例中，所述第二阀值为0.000001米负二次方。
可选的，也可以在判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少的同时，并判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否持续大于第二阀值，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，或所述车道曲率的变化率的绝对值没有持续大于第二阀值，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，且所述车道曲率的变化率的绝对值持续大于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值。如此，可进一步提升自动驾驶的舒适性。
综上，本发明通过对车辆所行驶车道的车道曲率进行判断，如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则说明此时车辆在进出弯道或在S弯道行驶，则基于车道曲率计算车辆横向偏移值，然后再用该车辆横向偏移值通过用P I D控制器来计算出扭矩值，对车道居中辅助功能按常规计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿，以让车辆不是偏向某一侧边，而是尽量居中行驶，这样就不会容易压线甚至引发安全事故，也不会因偏离出去而使得车道居中辅助功能突然退出，提高了自动驾驶的安全性和舒适性。进一步，还配合对车道曲率的变化率进行判断，如果车道曲率的变化率的绝对值较大，则根据公式进行计算并对方向盘扭力杆扭矩进行补偿。因为，如果车道曲率的变化率的绝对值较大，说明此时弯道的幅度较大，车辆更容易偏离出去，所以更需要对方向盘扭力杆扭矩进行补偿，以让车辆尽可能的居中行驶。当然，如果所述车道曲率的绝对值没有在持续增加或减少，或者如果车道曲率的变化率的绝对值较小，则忽略。因为此时车辆应该是行驶在直道上或者在弯道内行驶，常规的车道居中辅助功能已能够让车辆平稳行驶。本发明通过对车道线的曲率和曲率变化率来进行跟踪判断车辆是否在进出弯道或者行驶在曲率陡变的弯道(如S弯)。这些路况下由于车道曲率变化剧烈，传统方法经常会在这些情况下出现不舒适的方向盘抖动甚至直接退出功能。本发明通过对路况预判，只在这些路况下引入控制，使过弯更平顺、安全，在车辆行驶在直道和曲率稳定的弯道时不进行干预。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取车辆所行驶车道的车道曲率，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，则按公式一计算车辆横向偏移值；
公式一：车辆横向偏移值=K*车道曲率的变化率*预瞄距离的立方/6，
其中，K为比例系数，根据不同车辆预先标定，所述车道曲率的变化率为所述车道曲率相对于所述预瞄距离的求导,所述预瞄距离为车道居中辅助功能按规划的路径预测车辆向前行驶的直线距离；
所述车辆横向偏移值计算出后，通过用PID控制器来计算出扭矩值，对居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，获取车辆所行驶车道的车道曲率后，先判断所述车道曲率的绝对值是否大于第一阀值，如果否，则忽略；如果是，则再判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，然后进一步判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否大于第二阀值，如果否，则忽略；如果是，则按公式一计算车辆横向偏移值。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，同时并判断所述车道曲率的变化率的绝对值是否持续大于第二阀值，如果所述车道曲率的绝对值没有持续增加或减少，或所述车道曲率的变化率的绝对值没有持续大于第二阀值，则忽略；如果所述车道曲率的绝对值在持续增加或减少，且所述车道曲率的变化率的绝对值持续大于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值。
5.根据权利要求1或3或4所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述扭矩值用于对所述方向盘扭力杆扭矩进行补偿具有限幅，所述限幅为0.5牛顿·米。
6.根据权利要求1所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述车道曲率是由设置于车辆前部的感测器获得，所述感测器包括摄像头和信息处理单元，所述摄像头拍摄车辆外部车道的图像，所述图像发送到所述信息处理单元计算出所述车道曲率，所述信息处理单元还根据所述车道曲率和所述预瞄距离计算出所述车道曲率的变化率。
7.根据权利要求1所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，判断所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，所述预设时间为0.2秒。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述判断在预设时间内所述车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，是判断连续多个周期各周期的车道曲率的绝对值是否持续增加或减少，所述预设时间=所述连续多个周期的数量*所述周期的间隔。
9.根据权利要求2所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述第一阀值为0.00005米负一次方。
10.根据权利要求3或4所述的自动驾驶***车道居中辅助功能进出弯道的控制方法，其特征在于，所述第二阀值为0.000001米负二次方。
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