CN102358289A - 一种车辆acc工况弯道主目标快速识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法；技术领域为汽车自适应巡航控制系统；本方法通过采集方向盘转角、横摆角速度、纵向及侧向质心加速度、参考车速等，对主车所在的弯道半径及车辆瞬时的侧向速度进行估计。利用车辆参考车速度、侧向速度及雷达信息首先对相对大地静止目标及杂波进行屏蔽；利用雷达采集的目标相位角和方向盘转角、横摆角速度关系，对外侧车道目标进行快速屏蔽；通过虚拟目标的方法得到弯道主目标角度门限，并利用该门限对雷达信息进行初选，用于建立主目标航迹及航迹跟踪。

Description

一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法

技术领域

本发明技术领域为汽车自适应巡航控制系统。弯道主目标识别方法是汽车自适应巡航弯道控制系统的关键技术之一，是车辆自适应巡航控制系统弯道控制的首要条件。

背景技术

1)对驾驶员正常驾驶行为进行分析，利用驾驶员“预瞄-跟随”特性，利用采集得到的车辆横向、纵向加速度及速度，通过积分运算可以得到车辆未来时刻运行轨迹。利用该预测出的运行轨迹和雷达检测的目标信息可以大致判定出前方目标是否位于主车道内。

2)根据ACC主车与目标车辆处于同一车道内的假设，通过增加转角传感器或利用方向盘转角估算当前车辆所处的弯道半径，并获取目标车辆所在的道路曲率信息，通过比较ACC主车与目标车辆所处的道路半径大小，来判断目标车辆是否与ACC主车位于同一车道内。

上述列举的弯道各有优点和缺点。1)所述方法中需要的横向速度在实际测量中不易直接得到；2)中是在已知目标车辆所处道路半径的前提下比较主车与目标车辆是否处于同一车道，因此需要主车与目标之间有良好的通讯，且能及时的相互传递信息。

车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法结合上了述方法的优点。本算法利用了主目标车辆与ACC主车处于相同半径的弯道内的基本假设，充分利用ACC主车车身姿态信息(方向盘转角、横摆角速度、纵向及侧向质心加速度、参考车速等)，对主车所在的弯道半径进行估计；同时对车辆瞬时的侧向速度进行估计，以屏蔽杂波信号。由于车辆雷达能检测到若干目标信息，其中既包括了主车道目标信息，也包括了相邻车道及路边障碍物等信息，因此需要将主目标信息从杂波信息中准确的提取并进行弯道主目标跟踪。本发明的弯道主目标快速识别方法，适用于目标车辆与ACC主车辆同时位于等曲率弯道内的情况。本方法可以实时的对道路半径进行估计，并估算ACC主车侧向速度，利用转角信息与横摆角速度信息迅速屏蔽掉不可能成为弯道主目标的杂波信息及外侧相邻车道信息；对剩余的雷达信号利用弯道补偿算法提取并进行跟踪。

发明内容

所述车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法包括以下以下内容：传感器信号融合与滤波；杂波信息及外侧车道目标信息快速屏蔽；弯道主车道目标信息提取。

由各车轮轮速传感器获得各车轮轮速信号；由加速度传感器获取车辆质心纵向加速度信号；采集得到前轮转角信号及车辆横摆角速度信号。利用两后轮轮速平均值获得参考车速；利用转角、横摆角速度及参考车速估算得到车辆质心侧偏角，并由此计算车辆侧向速度。

利用参考车速与估计得到质心侧向速度，初步屏蔽雷达信号中静止目标。利用雷达信号中目标方位角信息，快速屏蔽掉外侧车辆目标信息；利用弯道主目标补偿算法进行主目标初选；最后对弯道主目标进行航迹建立与跟踪。

附图说明

图为弯道ACC主目标补偿算法示意图。

具体实施方式

下面结合图说明具体实施方式。

车辆侧向速度的大小可以由转角、横摆角速度及参考车速通过试验建立对应关系的查询表；静止目标屏蔽算法可描述为：

|v_d-(v_Gxcosθ_d-v_Gysinθ_d)|＞C    (1)

式中，v_d为雷达检测的目标径向速度，m/s；v_Gx为ACC车辆参考车速，m/s；v_Gy为估计得到的ACC车辆侧向速度，m/s；θ_d为目标相位角，rad；C为屏蔽门限，m/s。

定义逆时针方向为正。外侧车道目标快速屏蔽算法可描述如下：

((θ_dδ＜0)||(θ_dω_ψ＜0))(2)

式中，δ为方向盘转角，°；ω_ψ为ACC车辆横摆角速度，rad/s；其它参数意义同上。公式(2)为条件判断，当雷达信号中目标方位角信息代入式(2)且结论为“真”，则认为目标为外侧车道目标或杂波，并予以快速屏蔽。

若雷达信号代入公式(2)的条件且结论为“真”，则可快速判定目标位于外侧车道。因此不作为主目标处理。对于代入公式(2)，且结论为“假”，采取弯道ACC主目标补偿算法进行主目标选择。

如图所示，利用雷达检测信号，获取不满足公式(2)的目标的相对距离信息ρ_d。假设在此距离上存在一个虚拟目标车辆V与ACC主车处于同一半径的弯道上，且认为目标车辆尾部为S，ACC车辆后轴中点为P，ACC车辆车头中点为Q。依次联结S、P、Q得到三角形SPQ。认为雷达相位角零度角与ACC车辆轴线重合。

由于此虚拟车辆与ACC主车及道路存在一定几何关系，因此能计算出虚拟车辆V在主车雷达中相位角的大小θ_v。若检测到的目标的实际相位值θ_d在θ_v的某一邻域内，则判定目标位于主车道，把目标信息当作主目标备选值；否则依据目标偏离角度大小进行其它处理。

具体做法为：首先对道路半径进行估计。利用车辆横摆角速度、车辆参考车速与车辆转向半径的关系可以估计得出：

$\hat{r}=\frac{v_x}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\ψ}}}=\frac{L}{\mathrm{\δ}}---\left(3\right)$

式中，v_x是经过二维卡尔曼滤波后的车辆参考车速，m/s；ω_ψ为车辆横摆角速度，rad/s；为估计的道路半径，m；L为车辆轴距，m；δ为方向盘转角，rad。

三角形SPQ三个夹角分别为ψ、π-θ_v、θ_v-ψ，单位均为rad。这三个角对应的边长分别为ρ_d、D、L_s，单位均为m。根据正弦定理：

$\frac{{\mathrm{\ρ}}_d}{\sin \mathrm{\ψ}}=\frac{D}{\sin (\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_v)}---\left(4\right)$

可以得到

$\sin \mathrm{\ψ}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_d\sin {\mathrm{\θ}}_v}{D}---\left(5\right)$

主车坐标系中车辆纵轴线与目标车与主车车尾连线所夹角度为圆的弦切角，所对应的圆心角大小为2ψ。根据弦切角与圆心角的几何关系可以得到：

$\sin \mathrm{\ψ}=\frac{D}{2\hat{r}}---\left(6\right)$

式(4)至式(6)中，参数意义同上。

联立式(5)与式(6)可得：

$2\hat{r}{\mathrm{\ρ}}_d\sin {\mathrm{\θ}}_v=D^2---\left(7\right)$

式中，参数意义同上。由余弦定理可得：

${\mathrm{\ρ}}_d^2+L_s^2-2L_s{\mathrm{\ρ}}_d\cos (\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_v)=D^2---\left(8\right)$

整理及化简，即：

$\frac{2\hat{r}{\mathrm{\ρ}}_d}{\sqrt{4{\hat{r}}^2{\mathrm{\ρ}}_d^2+4L_s^2{\mathrm{\ρ}}_d^2}}\sin {\mathrm{\θ}}_v-\frac{2L_s{\mathrm{\ρ}}_d}{\sqrt{4{\hat{r}}^2{\mathrm{\ρ}}_d^2+4L_s^2{\mathrm{\ρ}}_d^2}}\cos {\mathrm{\θ}}_v=\frac{{\mathrm{\ρ}}_d^2+L_s^2}{\sqrt{4{\hat{r}}^2{\mathrm{\ρ}}_d^2+4L_s^2{\mathrm{\ρ}}_d^2}}---\left(9\right)$

令

根据三角函数和角公式：

$\sin ({\mathrm{\θ}}_v-{\mathrm{\φ}}_c)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_d^2+L_s^2}{\sqrt{4{\hat{r}}^2{\mathrm{\ρ}}_d^2+4L_s^2{\mathrm{\ρ}}_d^2}}---\left(10\right)$

化简得到：

${\mathrm{\θ}}_v=a\sin \frac{{\mathrm{\ρ}}_d^2+L_s^2}{\sqrt{4{\hat{r}}^2{\mathrm{\ρ}}_d^2+4L_s^2{\mathrm{\ρ}}_d^2}}+{\mathrm{\φ}}_c---\left(11\right)$

式(8)至式(11)中，参数意义同上。

由于车辆宽度为W，得到弯道主车道角度门限为：

$|{\mathrm{\&theta;}}_d-{\mathrm{\&theta;}}_v|<\arctan \left(\frac{W}{2{\mathrm{\&rho;}}_d}\right)+C^{\&prime;}---\left(12\right)$

式中，C′为补偿的角度门限值，rad。其它参数意义同上。

当目标相对距离为ρ_d，且同时满足目标相对速度满足公式(1)时，若目标相位角满足式(12)，则判定目标位于主车道内。将此目标信息作为初选目标信息用于目标航迹建立及跟踪。

Claims (5)

1.一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法，其特征在于，利用了主目标车辆与ACC主车处于相同半径的弯道内的基本假设，充分利用ACC主车车身姿态信息，对ACC主车所在的弯道半径进行估计；利用车辆信息对车辆瞬时侧向速度进行估计，以准确屏蔽杂波信号；利用转角信号或横摆角速度信号对外侧车道目标进行快速屏蔽；利用弯道主目标补偿算法对弯道主目标进行提取。

2.根据权利要求1所述的一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法，其特征是：通过车辆转角信号、车速信号及横摆角速度信号来对道路半径进行估计，并假设主车道目标车辆与ACC车辆处于同一半径的弯道下。

3.根据权利要求1所述的一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法，其特征是：通过车辆信息(方向盘转角、横摆角速度、纵向及侧向质心加速度、参考车速等)对车辆瞬时的侧向速度进行估计，以准确屏蔽杂波信号。

4.根据权利要求1所述的一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法，其特征是：利用转角信号、横摆角速度信号及目标相位角对外侧车道目标进行快速屏蔽。

5.根据权利要求1所述的一种车辆ACC工况弯道主目标快速识别方法，其特征是：以虚拟弯道主目标补偿角度的方法，通过车辆信息和已获得的目标相对距离信息计算主车道目标补偿门限，用于弯道主车道目标提取。

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