CN112339753A - 基于激光雷达定位技术的车道保持辅助*** - Google Patents
基于激光雷达定位技术的车道保持辅助*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及车道保持辅助***技术领域,具体是基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,包括高精度地图、定位地图匹配、导航计算、控制计算、导航控制模块与执行机构的通信和统一的交互式软件操作界面,高精度地图包括高精度点云地图和高精度矢量地图,高精度点云地图是真实场景的三维重建。本发明的有益效果本发明从根本上规避了光照、天气等外界环境对车道保持功能的影响,使得车道保持可以轻松应对弯道、黑夜、雨雪等苛刻的环境条件,利用前视点的方式来计算归一化的控制偏差,再利用比例、积分、微分控制器来控制汽车的方向盘转动,解决了车辆控制不稳定,摆动的问题,使车辆运行更加平稳,体验舒适。
Description
技术领域
本发明涉及车道保持辅助***技术领域,具体是基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***。
背景技术
车道保持功能是辅助驾驶中一项应用最广的功能之一,也是更高级别辅助驾驶功能的基础。现有的车道保持功能大部分是基于车载摄像头实现。通过在汽车行驶过程中实时采集摄像头图像数据,然后在图像中检测路面车道线,并找到中心线,判断车辆当前的横向位置是否偏移,再对车进行调整。
这种方式主要存在以下几点问题:1.在图像中检测车道线的过程很容易受到光照、天气等的干扰,如在夜晚,阴天等光照不充足的环境下,很难检测到车道线,无法完成车道保持功能;2.在车辆进入弯道时,基于图像的车道检测会变得很困难,容易发生误检,或检测不到车道线的情况,导致车道保持功能退出,严重影响了使用体验;3.在路面车道线不清楚,或者车道线较多繁杂的情况下,也会导致功能退出。因此,亟需设计基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,以解决上述背景技术中提出在图像中检测车道线的过程很容易受到光照、天气等的干扰,如在夜晚,阴天等光照不充足的环境下,很难检测到车道线,无法完成车道保持功能;在车辆进入弯道时,基于图像的车道检测会变得很困难,容易发生误检,或检测不到车道线的情况,导致车道保持功能退出,严重影响了使用体验;在路面车道线不清楚,或者车道线较多繁杂的情况下,也会导致功能退出的问题。
本发明的技术方案是:基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,包括高精度地图、定位地图匹配、导航计算、控制计算、导航控制模块与执行机构的通信和统一的交互式软件操作界面,所述高精度地图包括高精度点云地图和高精度矢量地图,所述高精度点云地图是真实场景的三维重建,可以依靠实时的激光雷达观测进行高精度定位,所述高精度语义矢量地图包含了车道线、路面标识、交通规则等语义和几何信息,可以提供车道中间线,路面标识等导航信息。
进一步地,所述导航控制模块与执行机构的通信包括导航模块,控制模块和执行机构等多部分,需要有一个通讯模块来解决不同模块之间的通讯,信息传输与控制。
进一步地,所述导航与控制模块之间的数据传输采用了ZeroMQ网络传输框架,控制模块与执行机构之间采用汽车上较为通用的控制器局域网络(CAN)协议进行数据与命令传输。
进一步地,所述定位地图匹配以车辆定位结果为原点,以定位的不确定度为半径,取圆周区域,然后使用最近邻法寻找矢量地图中,距离该区域最近的N个车道,再遍历这N个车道,找到与该区域重叠的车道,在复杂的交通情况下,如果车辆通过十字路口时,可能会存在多车道重叠的情况,此时,应根据车辆历史的轨迹,判断车辆当前应属于哪个车道。
进一步地,所述导航计算是根据当前车辆与车道的相对位置关系,确定车辆的控制目标位姿,计算量化的当前位姿到目标位姿的偏移程度,计算导航参数传输给控制模块。
进一步地,所述控制计算是根据导航算法的输出,与车辆当前的状态,控制执行机构实现导航算法规划的轨迹。
进一步地,所述统一的交互式软件操作界面可以根据车辆定位信息渲染车辆与高精地图的相对位置,同时显示当前车道中心线作为目标导航轨迹,可以根据导航计算结果显示前视点位置与连线,操作界面可以显示导航与控制参数,并可以对参数进行调整,便于导航与控制算法的实现。
进一步地,所述控制计算以导航偏移量为偏差,根据比例、微分、积分算式计算控制量,将控制量作用给执行机构控制方向盘的转动,然后车辆会向车道中心线移动,再根据定位和地图来重新计算导航偏移量,以此形成闭环反馈,达到反馈控制的效果,使得控制偏差逐渐减小,车辆收敛到车道中心,而且不会出现摆动。
进一步地,所述导航计算根据车辆当前速度,计算前视点距离,然后在车道中心线上,找到车辆前方距离车辆的距离等于前视点距离的点为前视点,连接车辆与前视点的线段,该线段与车辆朝向的角度差即为角度偏移,车辆横向与车道中心线的距离为车辆距离偏移,归一化角度偏移与距离偏移,得到车辆导航偏移量,当车辆位于车道中心线且汽车航向与中心线相切时,偏移为0,采用前视点导航的优点是可以保证车辆轨迹逐渐向车道中心线收敛,使轨迹平滑,减少车辆摆动。
本发明通过改进在此提供基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,与现有技术相比,具有如下改进及优点:
(1)本发明的技术方案创造了一种新的基于激光雷达定位技术来实现的车道保持功能,通过定位获得当前车辆的位置,再与高精度地图的匹配来获得当前车辆所在的车道,并控制车辆行驶在车道的中线,使用这种创新的方案,可以省去车道线检测的过程,而车道检测也是传统实现方案中最容易失效的地方,本发明从根本上规避了光照、天气等外界环境对车道保持功能的影响,使得车道保持可以轻松应对弯道、黑夜、雨雪等苛刻的环境条件。
(2)本发明利用了基于激光雷达的定位技术,因此可以获得车辆的三维位置,速度,姿态等全源状态信息,并可以计算出精确的车辆轨迹偏差,本发明的方案中依据车辆当前的三维位置,速度和轨迹偏差,利用前视点的方式来计算归一化的控制偏差,再利用比例、积分、微分控制器来控制汽车的方向盘转动,解决了车辆控制不稳定,摆动的问题,使车辆运行更加平稳,体验舒适。
(3)本发明中具有高精度地图的先验,可以计算出车辆与地图的相互位置关系,本发明统一的交互式软件操作界面,以第三人称视角的方式显示当前车辆的位置与周边的地图,包括当前车道,周边的车道,以及车辆跟踪路线,显示内容更加丰富直观。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的操作界面结构示意图;
图3是本发明的高精度地图结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1至图3对本发明进行详细说明,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。
需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明通过改进在此提供基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,如图1-图3所示,包括高精度地图、定位地图匹配、导航计算、控制计算、导航控制模块与执行机构的通信和统一的交互式软件操作界面,高精度地图包括高精度点云地图和高精度矢量地图,高精度点云地图是真实场景的三维重建,可以依靠实时的激光雷达观测进行高精度定位,高精度语义矢量地图包含了车道线、路面标识、交通规则等语义和几何信息,可以提供车道中间线,路面标识等导航信息。
进一步地,导航控制模块与执行机构的通信包括导航模块,控制模块和执行机构等多部分,需要有一个通讯模块来解决不同模块之间的通讯,信息传输与控制。
进一步地,导航与控制模块之间的数据传输采用了ZeroMQ网络传输框架,控制模块与执行机构之间采用汽车上较为通用的控制器局域网络(CAN)协议进行数据与命令传输。
进一步地,定位地图匹配以车辆定位结果为原点,以定位的不确定度为半径,取圆周区域,然后使用最近邻法寻找矢量地图中,距离该区域最近的N个车道,再遍历这N个车道,找到与该区域重叠的车道,在复杂的交通情况下,如果车辆通过十字路口时,可能会存在多车道重叠的情况,此时,应根据车辆历史的轨迹,判断车辆当前应属于哪个车道。
进一步地,导航计算是根据当前车辆与车道的相对位置关系,确定车辆的控制目标位姿,计算量化的当前位姿到目标位姿的偏移程度,计算导航参数传输给控制模块。
进一步地,控制计算是根据导航算法的输出,与车辆当前的状态,控制执行机构实现导航算法规划的轨迹。
进一步地,统一的交互式软件操作界面可以根据车辆定位信息渲染车辆与高精地图的相对位置,同时显示当前车道中心线作为目标导航轨迹,可以根据导航计算结果显示前视点位置与连线,操作界面可以显示导航与控制参数,并可以对参数进行调整,便于导航与控制算法的实现。
进一步地,控制计算以导航偏移量为偏差,根据比例、微分、积分算式计算控制量,将控制量作用给执行机构控制方向盘的转动,然后车辆会向车道中心线移动,再根据定位和地图来重新计算导航偏移量,以此形成闭环反馈,达到反馈控制的效果,使得控制偏差逐渐减小,车辆收敛到车道中心,而且不会出现摆动。
进一步地,导航计算根据车辆当前速度,计算前视点距离,然后在车道中心线上,找到车辆前方距离车辆的距离等于前视点距离的点为前视点,连接车辆与前视点的线段,该线段与车辆朝向的角度差即为角度偏移,车辆横向与车道中心线的距离为车辆距离偏移,归一化角度偏移与距离偏移,得到车辆导航偏移量,当车辆位于车道中心线且汽车航向与中心线相切时,偏移为0,采用前视点导航的优点是可以保证车辆轨迹逐渐向车道中心线收敛,使轨迹平滑,减少车辆摆动。
本发明的工作原理为:高精度地图分为高精度矢量地图和高精度点云地图,高精度点云地图是真实场景的三维重建,可以依靠实时的激光雷达观测进行高精度定位,高精度矢量地图包含了车道线、路面标识、交通规则等语义和几何信息,可以提供车道中间线,路面标识等导航信息,给车辆车道保持功能的实现提供先验知识,首先以车辆定位结果为原点,以定位的不确定度为半径,取圆周区域,然后使用最近邻法寻找矢量地图中,距离该区域最近的N个车道,再遍历这N个车道,找到与该区域重叠的车道,其中,在复杂的交通情况下,如果车辆通过十字路口时,可能会存在多车道重叠的情况,此时,应根据车辆历史的轨迹,判断车辆当前应属于哪个车道,根据车辆当前速度,计算前视点距离,然后在车道中心线上,找到车辆前方距离车辆的距离等于前视点距离的点为前视点,连接车辆与前视点的线段,该线段与车辆朝向的角度差即为角度偏移,车辆横向与车道中心线的距离为车辆距离偏移,归一化角度偏移与距离偏移,得到车辆导航偏移量。当车辆位于车道中心线且汽车航向与中心线相切时,偏移为0,采用前视点导航的优点是可以保证车辆轨迹逐渐向车道中心线收敛,使轨迹平滑,减少车辆摆动,以导航偏移量为偏差,根据比例、微分、积分算式计算控制量,将控制量作用给执行机构控制方向盘的转动,然后车辆会向车道中心线移动,再根据定位和地图来重新计算导航偏移量,以此形成闭环反馈,达到反馈控制的效果,使得控制偏差逐渐减小,车辆收敛到车道中心,而且不会出现摆动,导航与控制模块之间的数据传输采用了ZeroMQ网络传输框架,具有轻量级、效率高的优点,控制模块与执行机构之间采用汽车上较为通用的控制器局域网络(CAN)协议进行数据与命令传输,交互式软件操作界面可以根据车辆定位信息渲染车辆与高精地图的相对位置,同时显示当前车道中心线作为目标导航轨迹,可以根据导航计算结果显示前视点位置与连线,操作界面可以显示导航与控制参数,并可以对参数进行调整,便于导航与控制算法的实现,界面渲染具有较好的实时性,界面操作方式简单快捷,可以实时显示控制的结果,使结果呈现更直观。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:包括高精度地图、定位地图匹配、导航计算、控制计算、导航控制模块与执行机构的通信和统一的交互式软件操作界面,所述高精度地图包括高精度点云地图和高精度矢量地图,所述高精度点云地图是真实场景的三维重建,可以依靠实时的激光雷达观测进行高精度定位,所述高精度语义矢量地图包含了车道线、路面标识、交通规则等语义和几何信息,可以提供车道中间线,路面标识等导航信息。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述导航控制模块与执行机构的通信包括导航模块,控制模块和执行机构等多部分,需要有一个通讯模块来解决不同模块之间的通讯,信息传输与控制。
3.根据权利要求2所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述导航与控制模块之间的数据传输采用了ZeroMQ网络传输框架,控制模块与执行机构之间采用汽车上较为通用的控制器局域网络(CAN)协议进行数据与命令传输。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述定位地图匹配以车辆定位结果为原点,以定位的不确定度为半径,取圆周区域,然后使用最近邻法寻找矢量地图中,距离该区域最近的N个车道,再遍历这N个车道,找到与该区域重叠的车道,在复杂的交通情况下,如果车辆通过十字路口时,可能会存在多车道重叠的情况,此时,应根据车辆历史的轨迹,判断车辆当前应属于哪个车道。
5.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述导航计算是根据当前车辆与车道的相对位置关系,确定车辆的控制目标位姿,计算量化的当前位姿到目标位姿的偏移程度,计算导航参数传输给控制模块。
6.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述控制计算是根据导航算法的输出,与车辆当前的状态,控制执行机构实现导航算法规划的轨迹。
7.根据权利要求1所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述统一的交互式软件操作界面可以根据车辆定位信息渲染车辆与高精地图的相对位置,同时显示当前车道中心线作为目标导航轨迹,可以根据导航计算结果显示前视点位置与连线,操作界面可以显示导航与控制参数,并可以对参数进行调整,便于导航与控制算法的实现。
8.根据权利要求6所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述控制计算以导航偏移量为偏差,根据比例、微分、积分算式计算控制量,将控制量作用给执行机构控制方向盘的转动,然后车辆会向车道中心线移动,再根据定位和地图来重新计算导航偏移量,以此形成闭环反馈,达到反馈控制的效果,使得控制偏差逐渐减小,车辆收敛到车道中心,而且不会出现摆动。
9.根据权利要求5所述的基于激光雷达定位技术的车道保持辅助***,其特征在于:所述导航计算根据车辆当前速度,计算前视点距离,然后在车道中心线上,找到车辆前方距离车辆的距离等于前视点距离的点为前视点,连接车辆与前视点的线段,该线段与车辆朝向的角度差即为角度偏移,车辆横向与车道中心线的距离为车辆距离偏移,归一化角度偏移与距离偏移,得到车辆导航偏移量,当车辆位于车道中心线且汽车航向与中心线相切时,偏移为0,采用前视点导航的优点是可以保证车辆轨迹逐渐向车道中心线收敛,使轨迹平滑,减少车辆摆动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210209 |