CN111674402A - 自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法 - Google Patents

自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值小于第一阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第二阀值，则车道居中辅助功能退出；公式一：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，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。本发明提升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方向盘动作的控制方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及在自动驾驶时经过颠簸路面引起方向盘小幅抖动以及驾驶员不经意或无意识拉动方向盘时的控制方法。
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。但是在车辆行驶经过一些颠簸的路面时，有时会出现车轮和方向盘抖动的情况，轻微时会影响驾驶员的舒适性，严重时系统会因为反应不及时而退出车道居中辅助功能，但此时驾驶员主观意识上和心理上并没有准备好对此抖动情况加以控制，如此会使得驾驶员产生一定程度上的心理恐慌，影响了用户体验。另外，在某些情况下驾驶员会无意识的小幅度猛打方向盘（如驾驶员疲劳或者注意力不集中等），这些情况下如果车道居中辅助功能直接退出，也很可能会引起驾驶员慌乱，甚至会引发交通事故。
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方向盘动作的控制方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值小于第一阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第二阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式一：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
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，在获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断之前，还包括获取车道曲率，对所述车道曲率的绝对值进行判断，当所述车道曲率的绝对值小于第零阀值，则按上面所述的控制方法进行控制。
进一步，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，不按公式一而是按公式二计算车辆横向偏移值；
公式二：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度理论计算值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
所述车辆横摆角速度理论计算值=车辆当前速度*车道曲率*180/π。
进一步，当所述车道曲率的绝对值大于等于第零阀值，则对所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值小于第三阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第三阀值且小于第四阀值，则按公式三计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第四阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式三：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度。
进一步，所述车辆横向偏移值计算出后，将被用于对车道居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿。
所述车辆横向偏移值通过用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。
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；所述车辆横摆角速度当前实测值和车辆当前速度是通过CAN总线从车辆控制系统获得。
进一步，第三阀值与第一阀值相等，均为0.6度每秒，第四阀值与第二阀值相等，均为1度每秒，第零阀值为0.00005。
本发明通过对车辆在直道上行驶时对车辆横摆角速度当前实测值进行判断，对车辆在弯道上行驶时对车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值进行判断，以识别区分车辆的行驶意图然后分别控制，当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值较小时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值较小时，则忽略，因为认为此时是车辆在行驶时不可避免的小幅度左偏或右偏；当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值略大时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值略大时，则计算车辆横向偏移值，然后再用该所述车辆横向偏移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，因为认为此时是车辆在行驶过程中遇到颠簸路面而被动产生的方向盘动作或者是驾驶员不经意间无意识的拉动方向盘，经过补偿可以让车辆在车道上能够平稳行驶；当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值较大时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值较大时，则车道居中辅助功能退出，因为认为此时是驾驶员紧急避障或者有意变道，所以车道居中辅助功能退出，完全交由驾驶员进行控制。如此，通过车身横摆角速度可以判断驾驶员意图并区分开来处理，既不会因环境或驾驶员无意识的影响导致车道居中辅助功能突然退出而造成驾驶员心理恐慌甚至引发安全事故，也不会在驾驶员紧急避障或者有意变道时干扰驾驶员的操作。从而，提升了自动驾驶的安全性和舒适性。
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方向盘动作的控制方法，所述控制方法包括：获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值小于第一阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第二阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式一：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
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。
车辆横摆角速度，是指车辆绕垂直于地面的Z轴旋转的角度的变化率，即车辆向左拐或向右拐的快慢变化，为区分向左和向右而分别用正负值所示。所以，理论上，当车辆横摆角速度的绝对值大于0，则表示车辆在拐弯，此时方向盘会有动作，向左打或向右打；持续大于0，则表示车辆在持续拐弯，此时方舟盘会有持续动作；等于0，则表示车辆没有拐弯而在直行，此时方向盘没有动作，而是保持在扶正位置。但是，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，本发明对车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值小于第一阀值，则忽略，因为认为此时是车辆在直行时不可避免的小幅度左偏或右偏；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值，因为认为此时是车辆在行驶过程中遇到颠簸路面而被动产生的方向盘动作或者是驾驶员不经意间无意识的拉动方向盘，此时方向盘的动作幅度一般比前述直行时的左偏或右偏要大，但此时方向盘的动作并不是本来真实的驾驶意图，所以需根据此方向盘的动作引起的车辆横摆角速度的变化反向计算车辆横向偏移值，后续再用该所述车辆横向偏移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，以让车辆在车道上能够平稳行驶；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第二阀值，则车道居中辅助功能退出，因为认为此时是驾驶员紧急避障或者有意变道，此时方向盘的动作幅度一般较大，所以车道居中辅助功能退出，完全交由驾驶员进行控制。
所述车辆横摆角速度当前实测值和车辆当前速度是通过CAN总线从车辆控制系统获得。在一具体实施例中，第一阀值为0.6度每秒，第二阀值为1度每秒。当然，所述第一阀值和第二阀值的具体数值大小可以根据实际情况以及需要进行调整。
所述车辆横向偏移值车辆横向偏移值的计算公式推导如下：
当车辆在转向时，视为在做圆周运动，所述圆周的曲率为：
曲率=2*横向运动距离/纵向运动距离的平方；
同时，曲率也可以为：
曲率=1/圆周的半径；
所以，横向运动距离=纵向运动距离的平方/2*圆周的半径；
又根据圆周运动时切向速度、圆周半径、角速度的关系：
切向速度=圆周半径*角速度；
所以，横向运动距离=角速度*纵向运动距离的平方/2*切向速度。
在本发明中，所述车辆横向偏移值为所述横向运动距离，所述车辆横摆角速度当前实测值为角速度，所述预瞄距离为纵向运动距离，所述车辆当前速度为切向速度，于是推导出公式一。
所述车辆横向偏移值计算出后，将被用于对车道居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿。在一具体实施例中，所述车辆横向偏移值通过用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。
上述控制方法主要应用于车辆在直道上行驶，而当车辆在弯道上行驶时，此时车辆横摆角速度的绝对值一定是一个大于0的数值，而且往往可能比上述第一阀值大，甚至比上述第二阀值还要大，所以直接对车辆横摆角速度的绝对值进行判断很可能会有误判。所以，在获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断之前，还包括获取车道曲率，对所述车道曲率的绝对值进行判断，当所述车道曲率的绝对值小于第零阀值，则按上面所述的控制方法进行控制。
在一具体实施例中，所述第零阀值为0.00005。当所述车道曲率的绝对值小于第零阀值，则表示此时车辆在直道上行驶，如此则可以按上面所述的控制方法进行控制，即对此时车辆横摆角速度实测值的绝对值进行判断，进而分别处置。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。为了区分车辆是在向左拐的弯道上行驶还是在向右拐的弯道上行驶，车道曲率也有正负值来分别表示。所以，在判断车辆是否在直道上行驶，是用车道曲率的绝对值来判断是否大于第零阀值。当然，如前所述一样，所述第零阀值的具体数值大小也可以根据实际情况和需要进行调整。
进一步，上述控制方法中，车辆横向偏移值是用车辆横摆角速度当前实测值进行计算；可选的，车辆横向偏移值也可以用车辆横摆角速度理论计算值进行计算。即，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，不按公式一而是按公式二计算车辆横向偏移值；
公式二：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度理论计算值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
所述车辆横摆角速度理论计算值=车辆当前速度*车道曲率*180/π。
上述公式通过前述原理公式：
曲率=1/圆周的半径；以及
切向速度=圆周半径*角速度；
同时结合角度与弧度的换算关系，从而推导而来。
不过，当车辆在直道上行驶时，用车辆横摆角速度当前实测值来计算车辆横向偏移值效果更好。因为车辆在直道行驶时，其本就应该没有转向运动，也就没有所谓的车辆横摆角速度理论计算值，只是在遇到颠簸路面而被动产生方向盘动作或者驾驶员不经意间无意识的拉动方向盘时，车辆实际上产生了转向，按此转向以及速度计算出的车辆横摆角速度理论计算值当然不及车辆横摆角速度当前实测值来得准确。
另外，当车道曲率的绝对值大于等于第零阀值，即当车辆行驶在弯道上时，则不能用车辆横摆角速度当前实测值的绝对值行判断，而需用车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值进行判断。因为车辆在弯道上行驶时，车辆横摆角速度本身就一定是一个绝对值大于0的数值，而且往往可能比上述第一阀值大，甚至比上述第二阀值还要大，如果象在直道上行驶一样判断，则基本上都是要退出车道居中辅助功能，这显然与本来的驾驶意图不一致。事实上，车辆在弯道上行驶时，如果遇到颠簸路面而被动产生方向盘动作或者驾驶员不经意间无意识的拉动方向盘，则车辆横摆角速度的当前实测值相对于按车道居中辅助功能计算出的扭矩进行行驶而产生的车辆横摆角速度也会立即有变化，此时可以认为是车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值会有差异，所以，用车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值可以来反映方向盘的动作幅度。所以，当所述车道曲率的绝对值大于等于所述第零阀值，则对所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值进行判断，当所述车道曲率的绝对值大于等于第零阀值，则对所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值进的绝对值行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值小于第三阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第三阀值且小于第四阀值，则按公式三计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第四阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式三：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度。
在一具体实施例中，第三阀值与第一阀值相等，均为0.6度每秒，第四阀值与第二阀值相等，均为1度每秒。同样，如前所述一样，所述第三阀值和第四阀值的具体数值大小也可以根据实际情况和需要进行调整。
同样，通过公式二或公式三计算出车辆横向偏移值后，将所述车辆横向偏移值用于对车道居中辅助功能原本计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿，可以让车辆保持平稳行驶。
所以，本发明通过对车辆在直道上行驶时对车辆横摆角速度当前实测值进行判断，对车辆在弯道上行驶时对车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值进行判断，以识别区分车辆的行驶意图然后分别控制，当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值较小时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值较小时，则忽略，因为认为此时是车辆在行驶时不可避免的小幅度左偏或右偏；当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值略大时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值略大时，则计算车辆横向偏移值，然后再用该所述车辆横向偏移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，因为认为此时是车辆在行驶过程中遇到颠簸路面而被动产生的方向盘动作或者是驾驶员不经意间无意识的拉动方向盘，经过补偿可以让车辆在车道上能够平稳行驶；当车辆横摆角速度当前实测值的绝对值较大时，或者当车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值较大时，则车道居中辅助功能退出，因为认为此时是驾驶员紧急避障或者有意变道，所以车道居中辅助功能退出，完成交由驾驶员进行。如此，通过车身横摆角速度可以判断驾驶员意图并区分开来处理，既不会因环境或驾驶员无意识的影响导致车道居中辅助功能突然退出而造成驾驶员心理恐慌甚至引发安全事故，也不会在驾驶员紧急避障或者有意变道时干扰驾驶员的操作。从而，提升了自动驾驶的安全性和舒适性。
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 (8)

1.一种自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值小于第一阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，则按公式一计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第二阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式一：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
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。
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方向盘动作的控制方法，其特征在于，在获取车辆横摆角速度当前实测值，对所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值进行判断之前，还包括获取车道曲率，对所述车道曲率的绝对值进行判断，当所述车道曲率的绝对值小于第零阀值，则按权利要求1所述的控制方法进行控制。
3.根据权利要求2所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，其特征在于，当所述车辆横摆角速度当前实测值的绝对值大于等于第一阀值且小于第二阀值，不按公式一而是按公式二计算车辆横向偏移值；
公式二：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度理论计算值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度，
所述车辆横摆角速度理论计算值=车辆当前速度*车道曲率*180/π。
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方向盘动作的控制方法，其特征在于，当所述车道曲率的绝对值大于等于第零阀值，则对所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值进行判断，当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值小于第三阀值，则忽略；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第三阀值且小于第四阀值，则按公式三计算车辆横向偏移值；当所述车辆横摆角速度当前实测值与所述车辆横摆角速度理论计算值的差值的绝对值大于等于第四阀值，则车道居中辅助功能退出；
公式三：车辆横向偏移值=车辆横摆角速度当前实测值与车辆横摆角速度理论计算值的差值*预瞄距离的平方/2*车辆当前速度。
5.根据权利要求1或3或4所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，其特征在于，所述车辆横向偏移值计算出后，将被用于对车道居中辅助功能计算出的方向盘扭力杆扭矩进行补偿。
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方向盘动作的控制方法，其特征在于，所述车辆横向偏移值通过用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。
7.根据权利要求4所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，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；所述车辆横摆角速度当前实测值和车辆当前速度是通过CAN总线从车辆控制系统获得。
8.根据权利要求4所述的自动驾驶系统车道居中辅助功能方向盘动作的控制方法，其特征在于，第三阀值与第一阀值相等，均为0.6度每秒，第四阀值与第二阀值相等，均为1度每秒，第零阀值为0.00005。
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