CN111674393B

CN111674393B - 自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法

Info

Publication number: CN111674393B
Application number: CN202010396495.XA
Authority: CN
Inventors: 刘林帅
Original assignee: Kuntye Vehicle System Changzhou Co Ltd
Current assignee: Kuntai Vehicle System Changzhou Co ltd
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: CN111674393A

Abstract

本发明提供一种自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，包括：步骤S1，获取车辆所行驶车道的车道曲率，根据所述车道曲率判断车辆是否在长弯道行驶，如果是，则执行步骤S2，如果否，则忽略；步骤S2，判断条件一是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件一为车辆转向力不足；步骤S3，根据所述车道曲率按公式一计算因为车道曲率引起的车辆横向偏移值，公式一：车辆横向偏移值=K*车道曲率*预瞄距离的平方/2；步骤S4，根据所述车辆横向偏移值对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿。本发明提高了自动驾驶的安全性和舒适性。

Description

自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及在长弯道行驶时的控制方法。

背景技术

车道居中辅助功能是一种通过系统自动控制方向盘来辅助驾驶员在车道中间行驶的功能，在驾驶员脱手的一段时间或者距离内并不会退出而是持续工作一段时间后报警通知驾驶员。现在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，在经过弯道时有时会因为长弯道的累积误差或者车辆载重发生变化而发生控制不平顺的情况，如果在这段时间驾驶员因为疲劳或者其他意外情况双手脱离方向盘则会有安全风险，所以现有传统算法及当前量产车型中经常出现车辆经过长弯道因为累计误差导致过弯转向力不足从而影响舒适性和安全性。

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系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法。

为达到上述目的，本发明的实施方式采用如下技术方案：

一种自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S1，获取车辆所行驶车道的车道曲率，根据所述车道曲率判断车辆是否在长弯道行驶，如果是，则执行步骤S2，如果否，则忽略；

步骤S2，判断条件一是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件一为车辆转向力不足；

步骤S3，根据所述车道曲率按公式一计算因为车道曲率引起的车辆横向偏移值,

公式一：车辆横向偏移值＝K*车道曲率*预瞄距离的平方/2，

其中，K为比例系数，根据不同车辆预先标定，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；

步骤S4，根据所述车辆横向偏移值对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿。

进一步，所述步骤S1中，根据所述车道曲率判断车辆是否在长弯道行驶，是判断所述车道曲率的绝对值是否在第一时长范围内均大于第一阀值，如果是，则判定车辆是在长弯道行驶，如果否，则判定车辆不是在长弯道行驶。

进一步，所述步骤S2，判断条件一是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件一为车辆转向力不足，包括：

获取方向盘转角、方向盘转角速度、车辆轴距，根据公式二计算是否大于第二阀值，如果是，则判定是车辆转向力不足，如果否，则判定不是车辆转向力不足；

公式二：车道曲率*车辆轴距*转向比-(方向盘转角+方向盘转角速度*预设第二时长)。

进一步，所述步骤S2为，判断条件二是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件二为车辆横向偏移过大。

进一步，所述步骤S2，判断条件二是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件二为车辆横向偏移过大，包括：

获取车辆偏离车道中心线的距离，判断所述车辆偏离车道中心线的距离是否在第三时长范围内持续大于第三阀值，如果是，则判定是车辆横向偏移过大，如果否，则判定不是车辆横向偏移过大。

进一步，所述步骤S2为，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺。

进一步，所述步骤S2，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺，包括：

获取方向盘转弯方向，判断所述方向盘转弯方向是否在第四时长范围内持续为左或为右，如果是，则判定不是车辆转弯控制不平顺，如果否，则判定是车辆转弯控制不平顺。

获取所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值，判断所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值是否在第五时长范围内持续为正或为负，如果是，则判定不是车辆转弯控制不平顺，如果否，则判定是车辆转弯控制不平顺。

进一步，所述步骤S2包括，判断条件一是否成立和/或判断条件二是否成立和/或判断条件三是否成立，且判断定任一条件成立则执行步骤S3，否则忽略。

进一步，所述步骤S4，所述车辆横向偏移值是通过用PID控制器来计算出补偿扭矩值，对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿，且所述补偿扭矩值用于对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿具有限幅，所述限幅为1牛顿。

本发明通过对车辆在长弯道行驶时，对车辆转向力、车辆横向偏离车道中心线距离、车辆转弯控制是否平顺进行判断，如果车辆转向力不足、或者车辆横向偏离车道中心线距离过大、或者车辆转弯控制不平顺而是或左或右，则基于车道曲率计算因为车道曲率引起的车辆横向偏移值，然后再用该车辆横向偏移值通过用PID控制器来计算出补偿扭矩值，对车道居中辅助功能按常规计算出的扭矩值进行补偿，以让车辆不是偏向某一侧边，而是尽量居中行驶，从而消除累积误差使车辆转弯过程更顺畅，降低驾驶员短暂脱手时的风险，增强驾驶的舒适性和安全性。

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系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，所述控制方法包括：

公式一：车辆横向偏移值＝K*车道曲率*预瞄距离的平方/2，

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。所以,根据车道曲率,可以判断车辆是在直道上行驶还是在弯道上行驶。

车道曲率，由设置于车辆前部的感测器可以获得。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。

而具体的，在实际行驶过程中，车辆在直道上行驶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，本发明所述步骤S1中，根据所述车道曲率判断车辆是否在长弯道行驶，是判断所述车道曲率的绝对值是否在第一时长范围内均大于第一阀值，如果是，则判定车辆是在长弯道行驶，如果否，则判定车辆不是在长弯道行驶。在一具体实施例中，所述第一时长为0.5秒，所述第一阀值为0.00005米负一次方。因为如果车道曲率的绝对值小于第一阀值，则认为是车辆是在直道上行驶，或是在小幅度的弯道上行驶，或是在行驶时不可避免的或左或右的小幅度转动，此时现有的车道居中辅助功能可以把车辆很好的控制在居中行驶；而如果车道曲率的绝对值大于第一阀值，则认为此时车辆是在弯道上行驶，但如果车道曲率的绝对值大于第一阀值持续的时长小于第一时长的话，此时现有的车道居中辅助功能也可以把车辆很好的控制在居中行驶；而如果车道曲率的绝对值大于第一阀值，且持续的时长大于第一时长的话，此时现有的车道居中辅助功能会因为累积误差而导致车辆跑偏使得行驶不平顺，这正是本发明所要针对的情形，称为长弯道行驶。所以，本发明在判断出车辆不是在长弯道行驶时，则忽略；在判断出车辆是在长弯道行驶时，则执行步骤S2。

车辆在长弯道行驶时，也不是每时每刻均需要加以特别控制，而只有在特定条件下才需要，比如在车辆转向力不足的时候。所以，本发明在所述步骤S1判断出车辆是在长弯道行驶时，则执行步骤S2，判断条件一是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件一为车辆转向力不足。具体而言，包括：获取方向盘转角、方向盘转角速度、车辆轴距，根据公式二计算是否大于第二阀值，如果是，则判定是车辆转向力不足，如果否，则判定不是车辆转向力不足；

其中，根据阿克曼转向几何的简化单轨模型可知，所述车道曲率*车辆轴距等于车辆从当前位置行驶到前方车道曲率所示位置所需要的车轮转角，而所述车轮转角乘以转向比则等于所需要的方向盘转角；而所述方向盘转角+方向盘转角速度*预设第二时长则是根据方向盘当前实际转角以及实际转向速度经过预设时长后得到的实际的方向盘转角，两者如果相差太大(比如大于第二阀值)，则说明车辆有跑偏的可能，需要加以特别控制。其中，车辆轴距和转向比是车辆固有参数，所述方向盘转角和方向盘转角速度通过can总线从车辆控制系统获得，所述第二时长和所述第二阀值可根据各车辆实际情况进行调整，在一具体实施例中，所述第二时长为2秒，所述第二阀值为3°。

在判断出条件一成立时，即车辆转向力不足时，则执行步骤S3，根据所述车道曲率按公式一计算因为车道曲率引起的车辆横向偏移值,

公式一：车辆横向偏移值＝K*车道曲率*预瞄距离的平方/2，

其中，所述公式一的推导过程如下。

在自动驾驶领域，一般用公式三来表示车辆横向偏移值与预瞄距离之间的关系：

公式三：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。

对公式三用Z进行二次求导，变为公式四，其中Cu为车道曲率,

公式四：Cu＝6*C3*Z+2*C2，

其中6*C3*Z的数值往往非常小，可近似忽略，所以公式四可简化然后换算为公式五。

公式五：C2＝Cu/2，

把公式五代入公式三并简化公式三，可以得到公式一的理论关系：X＝k*Cu*Z²/2，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，计算出因为车道曲率引起的车辆横向偏移值后，则执行步骤S4，根据所述车辆横向偏移值对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿。具体而言，包括：通过用PID控制器来计算出补偿扭矩值，对车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿，所述扭矩值即为方向盘扭力杆的扭矩值，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，所述补偿扭矩值用于对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿具有限幅，在一具体实施例中，所述限幅为1牛顿。

可选的，所述步骤S2为，判断条件二是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件二为车辆横向偏移过大。实际上，条件二车辆横向偏移过大，与条件一车辆转向力不足，是相似的，只是条件二更形象直观，但效果上略有滞后。判断条件二是否成立，具体包括：获取车辆偏离车道中心线的距离，判断所述车辆偏离车道中心线的距离是否在第三时长范围内持续大于第三阀值，如果是，则判定是车辆横向偏移过大，如果否，则判定不是车辆横向偏移过大。所述车辆偏离车道中心线的距离，也是由设置于车辆前部的感测器获得。在一具体实施例中，所述第三时长为2秒，所述第三阀值为0.2米。

又，可选的，所述步骤S2为，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺。因为当车辆转弯控制不平顺，总是忽左忽右，会非常影响驾驶的舒适性。所以，当出现车辆转变不平顺时，也需要加以特别控制。具体而言，判断车辆转弯控制是否不平顺有两种方案：一是，获取方向盘转弯方向，判断所述方向盘转弯方向是否在第四时长范围内持续为左或为右，如果是，则判定不是车辆转弯控制不平顺，如果否，则判定是车辆转弯控制不平顺。二是获取所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值，判断所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值是否在第五时长范围内持续为正或为负，如果是，则判定不是车辆转弯控制不平顺，如果否，则判定是车辆转弯控制不平顺。

优选的，所述步骤S2包括，判断条件一是否成立和/或判断条件二是否成立和/或判断条件三是否成立，且判断定任一条件成立则执行步骤S3，否则忽略。即，在某个特定的产品的方案中，可以选择只设置条件一的判断，也可以只设置条件二的判断，也可以只设置条件三的判断，还可以设置同时条件一、条件二的判断且两者的逻辑关系为或，还可以设置同时条件一、条件三的判断且两者的逻辑关系为或，还可以设置同时条件二、条件三的判断且两者的逻辑关系为或，还可以设置同时条件一、条件二、条件三的判断且三者的逻辑关系为或。设置单个条件的判断，判断逻辑比较简单，运算比较快捷直观，但难免存在某些特定情况的漏判，所以整体的控制效果不及三个条件的同时判断，就安全性和舒适性而言，以三个条件同时判断的为最佳。

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

1.一种自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤S3，根据所述车道曲率按公式一计算因为车道曲率引起的车辆横向偏移值，

公式一：车辆横向偏移值=K*车道曲率*预瞄距离的平方/2，

步骤S4，根据所述车辆横向偏移值对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿；

所述步骤S1中，根据所述车道曲率判断车辆是否在长弯道行驶，是判断所述车道曲率的绝对值是否在第一时长范围内均大于第一阈值，如果是，则判定车辆是在长弯道行驶，如果否，则判定车辆不是在长弯道行驶。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2，判断条件一是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件一为车辆转向力不足，包括：

获取方向盘转角、方向盘转角速度、车辆轴距，根据公式二计算是否大于第二阈值，如果是，则判定是车辆转向力不足，如果否，则判定不是车辆转向力不足；

公式二：车道曲率*车辆轴距*转向比-（方向盘转角+方向盘转角速度*预设第二时长）。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2为，判断条件二是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件二为车辆横向偏移过大。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2，判断条件二是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件二为车辆横向偏移过大，包括：

获取车辆偏离车道中心线的距离，判断所述车辆偏离车道中心线的距离是否在第三时长范围内持续大于第三阈值，如果是，则判定是车辆横向偏移过大，如果否，则判定不是车辆横向偏移过大。

5.根据权利要求3所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2为，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺，包括：

7.根据权利要求5所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2，判断条件三是否成立，如果是，则执行步骤S3，如果否，则忽略，所述条件三为车辆转弯控制不平顺，包括：

8.根据权利要求5所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括，判断条件一是否成立和/或判断条件二是否成立和/或判断条件三是否成立，且判断定任一条件成立则执行步骤S3，否则忽略。

9.根据权利要求1所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能长弯道行驶的控制方法，其特征在于，所述步骤S4，所述车辆横向偏移值是通过用PID控制器来计算出补偿扭矩值，对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿，且所述补偿扭矩值用于对所述车道居中辅助功能计算出的扭矩值进行补偿具有限幅，所述限幅为1牛顿·米。