CN112810611A - 用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法及*** - Google Patents

用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法及*** Download PDF

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Abstract

一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法及***中，处理单元根据惯性测量单元在当前时间点测量的车辆速度、角速度和加速度估算出车辆在未来单位时间内的纵向位移量、侧向位移量及方位角偏移量；根据车道侦侧模块估算出车辆在当前时间点的位置的当前位置数据；根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向及侧向位移量、所述方位角偏移量，通过坐标转换将车道变换辅助***估算出相对于车辆在当前时间点的位置的参考车变换轨迹曲线所含的参考侧向轨迹曲线转换成相对于车辆在未来单位时间点的位置的侧向轨迹曲线；及根据加速度门槛、急跳度门槛及所述侧向轨迹曲线产生目标侧向轨迹曲线。借此，能有效避免因转向控制命令的急遽变化所导致的车辆跳动现象。

Description

用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法及***
技术领域
本发明涉及自动驾驶车辆的车道变换控制，特别是涉及一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法及***。
背景技术
目前，应用于车辆的先进驾驶辅助***(Advanced Driver Assistance System，ADAS)例如包括自动紧急刹车(Auto Emergency Braking，AEB)***、适应性巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)***、车道跟随***(Lane Following System，LFS)、前方防撞警示(Forward Collision Warning，FCW)***、车道偏移警示(Lane DepartureWarning，LDW)***、盲点侦测(Blind Spot Detection，BSD)***、后方横向交通警报(RearCross Traffic Alert，RCTA)***、车道维持辅助***(Lane Keeping Assist System，LKAS)等。国际产调预测于2020年时此ADAS的车辆安装率将能达到40％，而于2025年时更能达到60％。
目前已安装于国产轿车的LKAS及/或车道跟随***(Lane Following System，LFS)用于提供转向控制来修正车辆的行驶方向以确保车辆平稳地行驶在所侦测到的车道(也就是，原车道范围)中，但当车辆跨越车道线时，转向修正功能将被解除。另一方面，目前已安装于高级进口轿车的车道变换控制***能在驾驶者启动方向灯(也就是，俗称的「打方向灯」)时，侦测车辆周遭障碍物并规划出合适且安全的车道变换轨迹，以使车辆沿着此车道变换轨迹移动至所欲变换的车道。
然而，特别是在车辆在变换车道前(也就是说，在车道变换控制***被启动前)已接受LKAS或LFS***的控制的情况下，由于上述车道变换控制***所规划出的变换路径轨迹(也就是，目标轨迹)通常为三次曲线(其能以三次曲线方程式来表示)，并且在车辆跨越车道线时，LKAS或LFS***开始重新规划(新的)目标路径(也就是，变换的另一个车道的中心线)，因此如何使车辆在转向控制上从三次曲线的目标轨迹切换至另一个车道的中心线的目标轨迹时仍能保持平顺的转向控制，以避免发生因转向控制命令的急遽变化所导致的车辆跳动现象(车辆乘坐者会感到不平顺)遂成为一个重要课题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，其能克服上述现有技艺的至少一个缺点。
本发明提供了一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，通过处理单元来实施，包含以下步骤：(A)当接收到由设于行驶在车道的车辆的车道变换辅助***所估算出相对于所述车辆的参考点在当前时间点的位置的参考车道变换轨迹曲线时，根据由设于所述车辆的车道侦测模块根据先前传感所述车道的多幅影像而获得的车道线数据，估算出所述车辆的所述参考点在所述当前时间点的位置的当前位置数据；(B)根据由设于所述车辆的惯性测量单元在所述当前时间点测量到所述车辆的速度、角速度和加速度，估算出所述车辆在未来的单位时间内的纵向位移量、侧向位移量及方位角偏移量；(C)根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向位移量、所述侧向位移量、及所述方位角偏移量并利用坐标转换方式，将所述参考车道变换轨迹曲线转换成相对于所述车辆的所述参考点在未来单位时间点的估算位置的车道变换轨迹曲线；(D)将所述车道变换轨迹曲线分解成侧向轨迹曲线及纵向轨迹曲线；及(E)根据预定加速度门槛、预定急跳度门槛及所述侧向轨迹曲线且利用预定梯形加速度曲线模型，产生目标侧向轨迹曲线，以使所述目标侧向轨迹曲线经过两次微分处理后所获得的目标侧向加速度曲线的加速度值的绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述目标侧向轨迹曲线经过三次微分处理后所获得的目标侧向急跳度曲线的急跳度值的绝对值不大于所述预定急跳度门槛。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，所述处理单元先利用卡尔曼滤波方式滤除所述角速度及所述加速度的杂讯，然后根据滤波后的所述角速度及所述加速度并利用卡尔曼估测方式估算出所述车辆的偏航率及侧向加速度，并且根据所述偏航率、所述侧向加速度及所述单位时间估算出所述方位角偏移量和所述侧向位移量，以及根据所述速度、所述偏航率及所述单位时间估算出所述纵向位移量。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，所述预定加速度门槛为3m/s2，且所述预定急跳度门槛为5m/s3。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，步骤(E)包含以下子步骤：(E1)通过所述处理单元，对所述侧向轨迹曲线进行两次微分处理，以获得参考曲线；(E2)通过所述处理单元，利用预定梯形加速度曲线模型修正所述参考曲线，以获得参考侧向加速度曲线，其中所述参考侧向加速度曲线具有第一梯形曲线段、及连接所述第一梯形曲线段的第二梯形曲线段，所述第一梯形曲线段具有不小于零的加速度值，所述第二梯形曲线段具有不大于零的加速度值，并且所述第二梯形曲线段在加速度值上映射于所述第一梯形曲线段；(E3)通过所述处理单元，根据所述参考侧向加速度曲线、所述预定加速度门槛及所述预定急跳度门槛，规划出作为目标加速度曲线的类正弦波曲线，以使所述类正弦波曲线具有第一曲线段、及连接所述第一曲线段的第二曲线段，其中所述第一曲线段具有不小于零但不大于所述预定加速度门槛的加速度值，所述第二曲线段具有不大于零的加速度值且其绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述第一曲线段及所述两个曲线段其中每一者经过一次微分处理后具有不大于所述预定急跳度门槛的绝对值大小；及(E4)通过所述处理单元，对所述目标侧向加速度曲线进行两次积分处理，以获得所述目标侧向轨迹曲线。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，在步骤(E)后，还包含以下步骤：(F)根据所述纵向轨迹曲线及所述目标侧向轨迹曲线，产生相对于所述车辆的所述参考点在所述未来单位时间点的估算位置的目标车道变换轨迹曲线，并将所述目标车道变换轨迹曲线输出至所述车道变换辅助***。
本发明的另一个目的在于提供一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其能克服上述现有技艺的至少一个缺点。
本发明所提供的一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，适于与安装于行驶在车道的车辆的车道变换辅助***结合使用，并包含车道侦测模块、惯性测量单元、及处理单元。
所述车道侦测模块设于所述车辆，并用来持续地传感所述车道的影像，以便根据先前传感的多幅影像产生对应于当前时间点的车道线数据。
所述惯性测量单元设于所述车辆，并用来持续测量所述车辆的速度、角速度及加速度以产生包含所述速度、所述角速度及所述加速度的测量结果。
所述处理单元电连接所述车道侦测模块及所述惯性测量单元以接收来自所述车道侦测模块的所述车道线数据和来自所述惯性测量单元的所述测量结果，且适于连接所述车道变换辅助***，并且当接收到由所述车道变换辅助***所估算出相对于所述车辆的参考点在所述当前时间点的位置的参考车道变换轨迹曲线时，执行以下操作：根据所述车道线数据，估算出所述车辆的所述参考点在所述当前时间点的位置的当前位置数据；根据在所述当前时间点的所述测量结果，估算出所述车辆在未来单位时间内的纵向位移量、侧向位移量及方位角偏移量；根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向位移量、所述侧向位移量、及所述方位角偏移量并利用坐标转换方式，将所述参考车道变换轨迹曲线转换成相对于所述车辆的所述参考点在未来单位时间点的估算位置的车道变换轨迹曲线；将所述车道变换轨迹曲线分解成侧向轨迹曲线及纵向轨迹曲线；及根据预定加速度门槛、预定急跳度门槛及所述侧向轨迹曲线且利用预定梯形加速度曲线模型，产生目标侧向轨迹曲线，以使所述目标侧向轨迹曲线经过两次微分处理后所获得的目标侧向加速度曲线的加速度值的绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述目标侧向轨迹曲线经过三次微分处理后所获得的目标侧向急跳度曲线的急跳度值的绝对值不大于所述预定急跳度门槛。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，所述处理单元先利用卡尔曼滤波方式滤除所述角速度及所述加速度的杂讯，然后根据滤波后的所述角速度及所述加速度并利用卡尔曼估测方式估算出所述车辆的偏航率及侧向加速度，并且根据所述偏航率、所述侧向加速度及所述单位时间估算出所述方位角偏移量和所述侧向位移量，以及根据所述速度、所述偏航率及所述单位时间估算出所述纵向位移量。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，所述惯性测量单元包含：陀螺仪，操作来传感所述车辆的所述角速度；加速度计，操作来传感所述车辆的所述加速度；及速度传感器，操作来传感所述车辆的所述速度。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，所述预定加速度门槛为3m/s2，且所述预定急跳度门槛为5m/s3。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，所述处理单元执行以下操作：对所述侧向轨迹曲线进行两次微分处理，以获得参考曲线；利用预定梯形加速度曲线模型修正所述参考曲线，以获得参考侧向加速度曲线，其中所述参考侧向加速度曲线具有第一梯形曲线段、及连接所述第一梯形曲线段的第二梯形曲线段，所述第一梯形曲线段具有不小于零的加速度值，所述第二梯形曲线段具有不大于零的加速度值，并且所述第二梯形曲线段在加速度值上映射于所述第一梯形曲线段；通过所述处理单元，根据所述参考侧向加速度曲线、所述预定加速度门槛及所述预定急跳度门槛，规划出作为目标加速度曲线的类正弦波曲线，以使所述类正弦波曲线具有第一曲线段、及连接所述第一曲线段的第二曲线段，其中所述第一曲线段具有不小于零但不大于所述预定加速度门槛的加速度值，所述第二曲线段具有不大于零的加速度值且其绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述第一曲线段及所述两个曲线段其中每一者经过一次微分处理后具有不大于所述预定急跳度门槛的绝对值大小；及通过所述处理单元，对所述目标侧向加速度曲线进行两次积分处理，以获得所述目标侧向轨迹曲线。
本发明的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，所述处理单元根据所述纵向轨迹曲线及所述目标侧向轨迹曲线，产生相对于所述车辆的所述参考点在所述未来单位时间点的估算位置的目标车道变换轨迹曲线，并将所述目标车道变换轨迹曲线输出至所述车道变换辅助***。
本发明的有益效果在于：由于所述目标侧向轨迹曲线在侧向加速度方面不大于所述预定加速度门槛，并且在侧向急跳度方面不大于所述预定急跳度门槛，因此利用所述目标侧向轨迹区线所规划的目标车道变换轨迹曲线能有效避免因转向控制命令的急遽变化(例如，侧向急跳度大于所述预定侧向急跳度门槛，或者侧向加速度大于所述预定侧向加速度门槛)所导致的车辆跳动现象。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是方块图，示例地说明本发明用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***的实施例；
图2是示意图，示例地绘示行驶在一个车道的车辆欲变换到相邻的右侧车道的一种情况；
图3是流程图，示例地说明在图2的情况下所述实施例的处理单元如何执行本发明的侧向轨迹追踪方法；
图4是示意图，示例地绘示所述车辆欲变换到相邻的右侧车道的另一种情况；
图5是流程图，示例地说明图3中的步骤306的子步骤；
图6绘示出在图2的情况下的侧向轨迹曲线的范例；
图7绘示出根据图6的侧向轨迹曲线所获得的参考侧向加速度曲线；
图8绘示出对应于图6的侧向轨迹曲线的目标侧向加速度曲线；及
图9绘示出将图8的目标侧向加速度曲线一次微分处理所获得的目标侧向急跳度曲线。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1及图2，本发明用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***100的实施例能应用于行驶在车道(例如，图2所示的车道401)的车辆(例如，图2所示的车辆200)，并适于与安装于所述车辆200的车道变换辅助***4结合使用。所述车道变换辅助***4是用来在所述车辆200想要变换车道时(例如，驾驶者启动方向灯时)，在确认具有安全行驶空间后，利用已知的环境传感方式自动估算出参考车道变换轨迹曲线(例如，图2所示的三次曲线C1)，并能根据此参考车道变换轨迹曲线产生相关的转向控制命令，以致所述车辆200的动力***和转向***(图未示)响应于相关转向控制命令而使所述车辆200(能在无须人为操控下)自动地沿着此参考车道变换轨迹曲线移动至所欲变换的车道(例如，图2所示的车道402)。更具体地，所述参考车道变换轨迹曲线通常能被分解成参考纵向轨迹曲线和参考侧向轨迹曲线。所述侧向轨迹追踪***100包含车道侦测模块1、惯性测量单元2、及处理单元3。
所述车道侦测模块1被设于所述车辆200，且例如包含安装于所述车辆200的前挡风玻璃的CCD影像传感器11、及电连接所述CCD影像传感器11的影像处理器12。所述CCD影像传感器11被用来以传感频率(例如，10/sec)持续地传感所述车道401的影像，且所述影像处理器12根据所述CCD影像传感器11先前所传感的多幅影像且利用已知影像处理演算法以产生对应于当前时间点的车道线数据(其例如能包含左车道线方程式和右车道线方程式)。
所述惯性测量单元(Inertial Measurement Unit)2被设于所述车辆200，且例如包含三轴陀螺仪(Triaxial Gyroscope)21、三轴加速度计(Triaxial Accelerometer)22及速度传感器23，但不以此例为限，其分别用来持续测量所述车辆200的角速度、加速度及速度，并且产生且输出包含所测量的速度、角速度及加速度的测量结果。
举例来说，在本实施例中，所述车道侦测模块1的输出更新率例如能被设计为10/sec，而所述惯性测量单元2的输出更新率例如能被设计为单位时间(例如，10ms)的倒数(例如，100/sec，其为所述车道侦测模块1的输出更新率的十倍)。
所述处理单元3电连接所述车道侦测模块1及所述惯性测量单元2，以接收来自所述车道侦测模块1的所有车道线数据以及来自所述惯性测量单元2的所述测量结果。此外，所述处理单元3还用来连接所述车道变换辅助***4，以便在必要时(也就是说，当所述车辆200要变换车道时)接收由所述车道变换辅助***4所估算出的侧向轨迹曲线。在本实施例中，所述处理单元3具有算术运算功能及杂讯滤波功能。
以下将参阅图1至图4，示例地详细说明当所述车辆200的驾驶者想要从车道401变换到车道402(见图2)而在当前时间点(以下以t0来表示)启动了方向灯(图未示)时，所述处理单元3如何经由执行侧向轨迹追踪方法来获得应用于车道变换控制的目标侧向轨迹曲线。所述侧向轨迹追踪方法包含以下步骤301～308(见图3)。
当所述车辆200的方向灯被启动时，所述车道变换辅助***4开始运作以估算出相对于所述车辆200的参考点201(例如，如图2所示所述车辆200的重心)在所述当前时间点t0的位置(例如，由图2中的P0表示)的参考车道变换轨迹曲线(其例如为三次曲线并由图2中的实线的曲线C1所表示)，并将所述参考车道变换轨迹曲线C1输出至所述处理单元3。于是，所述处理单元3是以从外部接收的方式获得来自所述车道变换辅助***4的所述参考车道变换轨迹曲线C1(步骤S301)。
接着，在步骤302中，所述处理单元3根据来自所述车道侦测模块1的所述车道线数据，估算出所述车辆200的所述参考点201在所述当前时间点t0的位置P0的当前位置数据。
另一方面，在步骤303中，所述处理单元3根据来自所述惯性测量单元2的所述测量结果(也就是，所述速度、所述角速度及所述加速度)，估算出所述车辆200在未来的单位时间(例如，10ms)内的纵向位移量(例如，由图2中的Sx表示)、侧向位移量(例如，由图2中的Sy表示)、及方位角偏移量(例如，由图2中的ψ表示)。更明确地说，在此，所述处理单元3能用作卡尔曼滤波器(Kalman Filter)，以便先利用卡尔曼滤波方式滤除所述角速度及所述加速度的杂讯，然后根据滤波后的所述角速度及所述加速度并利用卡尔曼估测方式估算出所述车辆200的偏航率(Yaw Rate)及侧向加速度。由于卡尔曼滤波器及卡尔曼估测方式的细节已为娴熟此技艺者所熟知，所以在此不再赘述。最后，所述处理单元3根据所述偏航率、所述侧向加速度及所述单位时间估算出所述方位角偏移量ψ和所述侧向位移量Sy，以及根据所述速度、所述偏航率及所述单位时间估算出所述纵向位移量Sx。
值得注意的是，步骤302及303的执行顺序并无一定的限制。
跟随在步骤302及步骤303后的步骤304中，所述处理单元3根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向位移量Sx、所述侧向位移量Sy、及所述方位角偏移量ψ并利用坐标转换方式，将所述参考车道变换轨迹曲线C1转换成相对于所述车辆200的所述参考点201在未来单位时间点(以下，以t0+1表示)的估算位置(以下，以P0+1来表示)的车道变换轨迹曲线(以下，以C2来表示)。更具体地，如图2所示，若所述估算位置P0+1是位于所述参考车道变换轨迹曲线C1时(也就是说，所述侧向位移量Sy相同于所述参考车道变换轨迹曲线C1在未来的所述单位时间内所获得的参考侧向位移量SyC1)，则所述车道变换轨迹曲线C2大部分与所述参考车道变换轨迹曲线C1重叠。另一方面，若所述估算位置P0+1并非位于所述参考车道变换轨迹曲线C1时，例如，所述估算位置P0+1位于所述参考车道变换轨迹曲线C1的左侧(此意谓所述侧向位移量Sy小于所述参考侧向位移量SyC1)，如图4所示，又或者所述估算位置P0+1位于所述参考车道变换轨迹曲线C1的右侧(图未示，此意谓所述侧向位移量Sy大于所述参考侧向位移量SyC1)，则所述车道变换轨迹曲线C2会是一条不同于所述参考车道变换轨迹曲线C1的三次曲线(见图4)。特别要注意的是，为了在图2及图4中能清楚绘示出P0和P0+1，所述位置P0与所述估算位置P0+1间的距离是以明显夸大的方式呈现于图2和图4。在此情况下，所述车辆200的所述参考点201在所述未来单位时间点t0+1相对于在所述当前时间点t0的坐标关系能表示成以下式1：
Figure BDA0002254354240000091
将式1经过反坐标转换后，获得以下式2：
Figure BDA0002254354240000092
于是，从式2能获得x＝g(x’,y’)且y＝h(x’,y’)。当所述参考车道变换轨迹曲线C1以y1＝f1(x)＝a1x3+b1x2+c1x+d1来表示时，则所获得的所述车道变换轨迹曲线C2能表示成以下式3：
h(x’,y’)＝f1(g(x’,y’))＝a2x’3+b2x’2+c2x’+d2 式3
然后，在步骤305中，所述处理单元3将所述车道变换轨迹曲线C2分解成侧向轨迹曲线及纵向轨迹曲线。所述侧向轨迹曲线通常例如为三次曲线(能以如y(t)＝at3+bt2+ct+d的通式来表示)。举例来说，在图2的情况下，所述侧向轨迹曲线例如是如图6所示的三次曲线6。
接着，在步骤306中，所述处理单元3根据预定加速度门槛(以下以A来表示)、预定急跳度(Jerk)门槛(以下以J来表示)及所述侧向轨迹曲线且利用预定梯形加速度曲线模型，产生目标侧向轨迹曲线，以使所述目标侧向轨迹曲线经过两次微分处理后所获得的目标侧向加速度曲线的加速度值的绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述目标侧向轨迹曲线经过三次微分处理后所获得的目标侧向急跳度曲线的急跳度值的绝对值不大于所述预定急跳度门槛。在本实施例中，例如，A＝3m/s2，且J＝5m/s3，但不以此例为限。
更具体地，参阅图5，步骤306包含以下子步骤51～54。
在步骤51中，所述处理单元3先对所述侧向轨迹曲线(例如图6的曲线6)进行两次微分处理以获得参考曲线(图未示)。
然后，在步骤52中，所述处理单元3利用预定梯形加速度曲线模型修正所述参考曲线，以获得参考侧向加速度曲线(以ay_ref(t)来表示)。在此实施例中，所述参考侧向加速度曲线具有第一梯形曲线段、及连接所述第一梯形曲线段的第二梯形曲线段，所述第一梯形曲线段具有不小于零的加速度值，所述第二梯形曲线段具有不大于零的加速度值，并且所述第二梯形曲线段在加速度值上映射于所述第一梯形曲线段。举例来说，图7绘示出对应于图6的侧向轨迹曲线6的参考侧向加速度曲线7(以ay_ref(t)来表示)，其包含例如呈等腰梯形状的第一梯形曲线段71、及例如呈倒等腰梯形状的第二梯形曲线段72，并且所述第一梯形曲线段71具有不小于零但不大于5m/s2的加速度值，而所述第二梯形曲线段72具有不大于零但不小于-5m/s2的加速度值。
接着，在步骤53中，所述处理单元3根据所述参考侧向加速度曲线、所述预定加速度门槛及所述预定急跳度门槛，规划出作为目标加速度曲线的类正弦波曲线，以使所述类正弦波曲线具有不小于零但不大于所述预定加速度门槛的加速度值的第一曲线段，以及连接所述第一曲线段的所述第二曲线段，所述第二曲线段具有不大于零的加速度值且其绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述第一曲线段及所述两个曲线段其中每一者经过一次微分处理后具有不大于所述预定急跳度门槛的绝对值大小。举例来说，图8绘示出对应于图6的侧向轨迹曲线6的目标侧向加速度曲线8(其为类正弦波曲线，且以ay_target(t)来表示)，其包含第一曲线段81及第二曲线段82，但不以此例为限，其中所述第一曲线段81的最大加速度值约为3m/s2，且所述第二曲线段82的最小加速度值约为-3m/s2，并且图9绘示出将图8的目标侧向加速度曲线8经过一次微分处理所获得的目标侧向急跳度曲线9(以jy_target(t)来表示)，其具有不大于5m/s3(所述预定急跳度门槛)的(急跳度)绝对值大小。
最后，在步骤54中，所述处理单元3对所述目标侧向加速度曲线进行两次积分处理，以获得所述目标侧向轨迹曲线。
跟随在步骤306后的步骤307中，所述处理单元3根据所述纵向轨迹曲线及所述目标侧向轨迹曲线，产生相对于所述车辆200的所述参考点201在所述未来单位时间点t0+1的估算位置P0+1的目标车道变换轨迹曲线(例如，图2及图4的虚线曲线C3)。
最后，在步骤308中，所述处理单元3将所述目标车道变换轨迹曲线输出至所述车道变换辅助***。
综上所述，由本发明所述侧向轨迹追踪***100所规划出的所述目标侧向轨迹曲线在侧向加速度方面不大于所述预定加速度门槛，并且在侧向急跳度方面不大于所述预定急跳度门槛，因此利用所述目标侧向轨迹区线所规划的目标车道变换轨迹曲线能有效避免因转向控制命令的急遽变化(例如，侧向急跳度大于所述预定侧向急跳度门槛，或者侧向加速度大于所述预定侧向加速度门槛)所导致的车辆跳动现象。所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (11)

1.一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，通过处理单元来实施，其特征在于，包含以下步骤：
(A)当接收到由设于行驶在车道的车辆的车道变换辅助***所估算出相对于所述车辆的参考点在当前时间点的位置的参考车道变换轨迹曲线时，根据由设于所述车辆的车道侦测模块根据先前传感所述车道的多幅影像而获得的车道线数据，估算出所述车辆的所述参考点在所述当前时间点的位置的当前位置数据；
(B)根据由设于所述车辆的惯性测量单元在所述当前时间点测量到所述车辆的速度、角速度和加速度，估算出所述车辆在未来的单位时间内的纵向位移量、侧向位移量及方位角偏移量；
(C)根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向位移量、所述侧向位移量、及所述方位角偏移量并利用坐标转换方式，将所述参考车道变换轨迹曲线转换成相对于所述车辆的所述参考点在未来单位时间点的估算位置的车道变换轨迹曲线；
(D)将所述车道变换轨迹曲线分解成侧向轨迹曲线及纵向轨迹曲线；及
(E)根据预定加速度门槛、预定急跳度门槛及所述侧向轨迹曲线且利用预定梯形加速度曲线模型，产生目标侧向轨迹曲线，以使所述目标侧向轨迹曲线经过两次微分处理后所获得的目标侧向加速度曲线的加速度值的绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述目标侧向轨迹曲线经过三次微分处理后所获得的目标侧向急跳度曲线的急跳度值的绝对值不大于所述预定急跳度门槛。
2.根据权利要求1所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，其特征在于：所述处理单元先利用卡尔曼滤波方式滤除所述角速度及所述加速度的杂讯，然后根据滤波后的所述角速度及所述加速度并利用卡尔曼估测方式估算出所述车辆的偏航率及侧向加速度，并且根据所述偏航率、所述侧向加速度及所述单位时间估算出所述方位角偏移量和所述侧向位移量，以及根据所述速度、所述偏航率及所述单位时间估算出所述纵向位移量。
3.根据权利要求1所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，其特征在于：所述预定加速度门槛为3m/s2，且所述预定急跳度门槛为5m/s3。
4.根据权利要求1所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，其特征在于，步骤(E)包含以下子步骤：
(E1)通过所述处理单元，对所述侧向轨迹曲线进行两次微分处理，以获得参考曲线；
(E2)通过所述处理单元，利用预定梯形加速度曲线模型修正所述参考曲线，以获得参考侧向加速度曲线，其中所述参考侧向加速度曲线具有第一梯形曲线段、及连接所述第一梯形曲线段的第二梯形曲线段，所述第一梯形曲线段具有不小于零的加速度值，所述第二梯形曲线段具有不大于零的加速度值，并且所述第二梯形曲线段在加速度值上映射于所述第一梯形曲线段；
(E3)通过所述处理单元，根据所述参考侧向加速度曲线、所述预定加速度门槛及所述预定急跳度门槛，规划出作为目标加速度曲线的类正弦波曲线，以使所述类正弦波曲线具有第一曲线段、及连接所述第一曲线段的第二曲线段，其中所述第一曲线段具有不小于零但不大于所述预定加速度门槛的加速度值，所述第二曲线段具有不大于零的加速度值且其绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述第一曲线段及所述两个曲线段其中每一者经过一次微分处理后具有不大于所述预定急跳度门槛的绝对值大小；及
(E4)通过所述处理单元，对所述目标侧向加速度曲线进行两次积分处理，以获得所述目标侧向轨迹曲线。
5.根据权利要求1所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪方法，其特征在于，在步骤(E)后，还包含以下步骤：
(F)根据所述纵向轨迹曲线及所述目标侧向轨迹曲线，产生相对于所述车辆的所述参考点在所述未来单位时间点的估算位置的目标车道变换轨迹曲线，并将所述目标车道变换轨迹曲线输出至所述车道变换辅助***。
6.一种用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，适于与安装于行驶在车道的车辆的车道变换辅助***结合使用，其特征在于，其包含：
车道侦测模块，设于所述车辆，并用来持续地传感所述车道的影像，以便根据先前传感的多幅影像产生对应于当前时间点的车道线数据；
惯性测量单元，设于所述车辆，并用来持续地测量所述车辆的速度、角速度及加速度以产生包含所述速度、所述角速度及所述加速度的测量结果；及
处理单元，电连接所述车道侦测模块及所述惯性测量单元以接收来自所述车道侦测模块的所述车道线数据和来自所述惯性测量单元的所述测量结果，且适于连接所述车道变换辅助***，并且当接收到由所述车道变换辅助***所估算出相对于所述车辆的参考点在所述当前时间点的位置的参考车道变换轨迹曲线时，执行以下操作
根据所述车道线数据，估算出所述车辆的所述参考点在所述当前时间点的位置的当前位置数据，
根据所述测量结果，估算出所述车辆在未来单位时间内的纵向位移量、侧向位移量及方位角偏移量，
根据估算出的所述当前位置数据、所述纵向位移量、所述侧向位移量、及所述方位角偏移量并利用坐标转换方式，将所述参考车道变换轨迹曲线转换成相对于所述车辆的所述参考点在未来单位时间点的估算位置的车道变换轨迹曲线，
将所述车道变换轨迹曲线分解成侧向轨迹曲线及纵向轨迹曲线，及
根据预定加速度门槛、预定急跳度门槛及所述侧向轨迹曲线且利用预定梯形加速度曲线模型，产生目标侧向轨迹曲线，以使所述目标侧向轨迹曲线经过两次微分处理后所获得的目标侧向加速度曲线的加速度值的绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述目标侧向轨迹曲线经过三次微分处理后所获得的目标侧向急跳度曲线的急跳度值的绝对值不大于所述预定急跳度门槛。
7.根据权利要求6所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其特征在于：所述处理单元先利用卡尔曼滤波方式滤除所述角速度及所述加速度的杂讯，然后根据滤波后的所述角速度及所述加速度并利用卡尔曼估测方式估算出所述车辆的偏航率及侧向加速度，并且根据所述偏航率、所述侧向加速度及所述单位时间估算出所述方位角偏移量和所述侧向位移量，以及根据所述速度、所述偏航率及所述单位时间估算出所述纵向位移量。
8.根据权利要求6所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其特征在于，所述惯性测量单元包含：
陀螺仪，操作来传感所述车辆的所述角速度；
加速度计，操作来传感所述车辆的所述加速度；及
速度传感器，操作来传感所述车辆的所述速度。
9.根据权利要求6所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其特征在于：所述预定加速度门槛为3m/s2，且所述预定急跳度门槛为5m/s3。
10.根据权利要求6所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其特征在于，所述处理单元执行以下操作：
对所述侧向轨迹曲线进行两次微分处理，以获得参考曲线；
利用预定梯形加速度曲线模型修正所述参考曲线，以获得参考侧向加速度曲线，其中所述参考侧向加速度曲线具有第一梯形曲线段、及连接所述第一梯形曲线段的第二梯形曲线段，所述第一梯形曲线段具有不小于零的加速度值，所述第二梯形曲线段具有不大于零的加速度值，并且所述第二梯形曲线段在加速度值上映射于所述第一梯形曲线段；
根据所述参考侧向加速度曲线、所述预定加速度门槛及所述预定急跳度门槛，规划出作为目标加速度曲线的类正弦波曲线，以使所述类正弦波曲线具有第一曲线段、及连接所述第一曲线段的第二曲线段，其中所述第一曲线段具有不小于零但不大于所述预定加速度门槛的加速度值，所述第二曲线段具有不大于零的加速度值且其绝对值不大于所述预定加速度门槛，并且所述第一曲线段及所述两个曲线段其中每一者经过一次微分处理后具有不大于所述预定急跳度门槛的绝对值大小；及
对所述目标侧向加速度曲线进行两次积分处理，以获得所述目标侧向轨迹曲线。
11.根据权利要求6所述的用于车道变换控制的侧向轨迹追踪***，其特征在于：所述处理单元根据所述纵向轨迹曲线及所述目标侧向轨迹曲线，产生相对于所述车辆的所述参考点在所述未来单位时间点的估算位置的目标车道变换轨迹曲线，并将所述目标车道变换轨迹曲线输出至所述车道变换辅助***。
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