CN111717213A - 自动驾驶车辆的巡航控制方法及装置 - Google Patents

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CN111717213A CN201910205153.2A CN201910205153A CN111717213A CN 111717213 A CN111717213 A CN 111717213A CN 201910205153 A CN201910205153 A CN 201910205153A CN 111717213 A CN111717213 A CN 111717213A
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葛建勇
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关欣
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Abstract

本发明涉及智能交通领域，提供一种自动驾驶车辆的巡航控制方法及装置。本发明所述的巡航控制方法包括：获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。本发明在实现巡航控制的基础上，优化了控制的舒适性，经实车及仿真测试分析测试数据，具有较好的控制效果，提高了控制算法的高效性、安全性和舒适性。

Description

自动驾驶车辆的巡航控制方法及装置
技术领域
本发明涉及智能交通领域，特别涉及一种自动驾驶车辆的巡航控制方法及装置。
背景技术
自动驾驶车辆是通过智能驾驶系统来实现自动化行驶的，包括通过环境感知系统来感知外部环境信息和车辆本身的信息，然后通过融合系统和决策系统对输入的信息进行融合、决策，按照不同的行驶工况自行规划出一条可行驶的安全路线，并通过控制系统实时监测和控制车辆安全行驶，以保证车辆的高度自动化行驶。其中，控制系统作为智能驾驶系统的核心部分，其性能的好坏直接决定着车辆的安全行驶和自动化程度标准，因此一直以来是各个公司研发和攻克的重点和难点。控制系统分为横向控制和纵向控制两个部分，横向控制主要是通过一系列控制算法实现对自动驾驶车辆的实时转向控制，使车辆按照已知规划的行驶路线进行车道保持、自动换道、动态避障、掉头和转弯等，纵向控制主要是通过对车辆加、减速度的控制，使自动驾驶车辆能够以一定的安全行驶速度进行纵向运动，实现自动启停、跟随和巡航等。通过对横纵向控制的耦合，使整个控制系统能够同时对车辆的转向和速度实现自动控制。
其中，自动驾驶车辆的纵向运动按照运动状态分为三种：巡航、跟随、AEB(Autonomous Emergency Braking，自动紧急制动)。巡航是指在动作距离(该动作距离记为ActDis_m，是指自动驾驶车辆从巡航切到跟随的最小距离阀值，和本车速度及前车速度有关)以内没有存在前车，本车按照可行驶的最高车速行车。跟随是指本车道内动作距离内存本在前车，本车在不换道时跟随前车运动。AEB是指当本车周围的行车环境发生变化时，导致可能发生追尾或者碰撞的发生，危及驾驶员、乘客及行人的行为，AEB状态会以一个较大的减速度制动，进而避免或者减缓车祸事故的发生。
其中，对于巡航状态，易知本车在行车过程中不受前车信息影响，故巡航控制往往考虑的都是本车车速信息及目标车速信息，但现有技术中基于这两个控制量的巡航控制方案较为复杂，无法保证既能够安全达到目标车速又提高进行巡航控制的舒适性和工效性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种自动驾驶车辆的巡航控制方法，以至少部分地解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自动驾驶车辆的巡航控制方法，包括：获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
进一步的，所述修正所述相对速度差包括：通过配置比率限幅模块来修正所述相对速度差。
进一步的，所述计算本车加速度包括：采用以下公式计算本车加速度a，
a＝(TopSpd_kph-VehSpd_kph)*Kp
其中，TopSpd_kph表示所述最高车速，VehSpd_kph表示所述当前车速，Kp为P控制的比例参数。
进一步的，通过下式确定所述比例参数Kp：
Figure BDA0001998741090000021
其中，K0是实车测试中确定的对应于车辆加速工况的最优乘坐体验的第一参数，K1是实车测试中确定的对应于车辆减速工况的最优乘坐体验的第二参数。
进一步的，所述基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速包括：对所述本车加速度进行限幅修正，再基于限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
相对于现有技术，本发明所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法具有以下优势：在实现巡航控制的基础上，优化了控制的舒适性，经实车及仿真测试分析测试数据，具有较好的控制效果，提高了控制算法的高效性、安全性和舒适性。
本发明的另一目的在于提出一种自动驾驶车辆的巡航控制装置，以至少部分地解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自动驾驶车辆的巡航控制装置，包括：第一计算模块，用于获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；第一修正模块，用于修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；第二计算模块，用于根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及控制模块，用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
进一步的，所述第一修正模块被配置为比率限幅模块，用于通过所述比率限幅模块修正所述相对速度差。
进一步的，所述第二计算模块采用以下公式计算本车加速度a，
a＝(TopSpd_kph-VehSpd_kph)*Kp
其中，TopSpd_kph表示所述最高车速，VehSpd_kph表示所述当前车速，Kp为P控制的比例参数；
进一步的，所述比例参数Kp通过下式确定：
Figure BDA0001998741090000041
其中，K0是实车测试中确定的对应于车辆加速工况的最优乘坐体验的第一参数，K1是实车测试中确定的对应于车辆减速工况的最优乘坐体验的第二参数。
进一步的，所述自动驾驶车辆的巡航控制装置还包括：第二修正模块，用于对所述本车加速度进行限幅修正。并且，所述控制模块用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速包括：基于经所述第二修正模块限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
本发明的另一目的在于提出一种机器可读存储介质，以至少部分地解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的自动驾驶车辆的巡航控制方法。
所述自动驾驶车辆的巡航控制装置及机器可读存储介质与上述自动驾驶车辆的巡航控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的一种自动驾驶车辆的巡航控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的一种自动驾驶车辆的巡航控制装置的结构示意图；
以及
图3是本发明实施例的自动驾驶车辆的硬件布置示意图。
附图标记说明：
210、第一计算模块；220、第一修正模块；230、第二计算模块；240、控制模块；250、第二修正模块。
310、定位设备；320、地图单元；330、ECU；340、探测设备。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
在介绍本发明实施例自动驾驶车辆的巡航控制方法之前，先介绍自动驾驶车辆在纵向控制中涉及的三种模式，即巡航模式、跟随模式、AEB模式。在其他实施例中，还可以包括起停模式，其是指自动驾驶车辆能够准确控制车辆停靠至预设地点(如收费站、服务区等等)，但起停模式可在跟随模式下实现其功能，故可从属于跟随模式。
1)巡航模式
巡航模式，是指自动驾驶车辆(以下也称为本车)处于动作距离(ActDis_m)以内没有存在前车的巡航状态时，调节自动驾驶车辆可行驶的最高车速，当车速低于最高车速时，自动驾驶车辆加速行驶，反之减速。
2)跟随模式
跟随模式，是指自动驾驶车辆处于本车道内动作距离内存本在前车、且本车在不换道时跟随前车运动的跟随状态时，调节本车车速，在保证安全行车的前提下，使其与前车之间保持一定的安全距离和相对速度，保持稳定地跟随前车行驶的状态。
3)AEB模式
AEB模式，是指在纵向决策发出AEB模式的信号时，自动驾驶车辆以极大减速度进行制动。
对应于上述巡航模式，图1是本发明实施例的一种自动驾驶车辆的巡航控制方法的流程示意图。如图1所示，该巡航控制方法可以包括以下步骤：
步骤S110，获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差。
其中，所述当前车速可从本车自身的车辆传感器(如惯性导航设备)获取，也可通过CAN总线中车辆的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)获取。
其中，本车可行驶的最高车速来源于自动驾驶车辆的ADS中的最高车速管理模块。该最高车速管理单元属于自动驾驶车辆的决策系统，其用于获取对应于驾驶场景信息、行驶环境信息以及道路条件信息的车辆可行驶的最高行驶速度以形成最高速度集合，并选择所述最高速度集合中的最小车速输出以作为在此的本车可行驶的最高车速。
下面分别针对驾驶场景、行驶环境以及道路条件来具体介绍最高车速管理单元的功能。
1)针对不同驾驶场景，最高车速受以下条件影响：①ADS预设最高车速V1；②自动驾驶车辆行驶前方可行驶区域，不同宽度设定不同最高车速V2；③自动驾驶车辆当前行驶相邻车道(非应急车道)的设定范围内存在行人，车辆降速，设定最高车速V3；④自动驾驶车辆距离高速公路出口距离(匝道出口距离、收费站距离等)，根据不同的距离设定不同的最高限速值V4；⑤自动驾驶车辆在距离汇入点设定距离时时，开始减速至最高车速V5；⑥自动驾驶车辆在特定工况下(如：并流、分流、驶离高速、岔道口等)，需要强制切入相邻车道，根据左右前方区域车辆速度，设定自动驾驶车辆最高车速V6；⑦自动驾驶车辆在换道过程中，依据自动驾驶车辆正前方目标设定最高车速V7；8)自动驾驶车辆存在并排行驶车辆，自动驾驶车辆超越相邻车道并排行驶车辆时最高车速V8。
2)针对不同行驶环境，最高车速受以下条件影响：①不同行驶道路，路段会有不同的道路限速，根据高精度地图(HDM)、视觉传感器识别输出道路最高限速V9；②自动驾驶车辆行驶环境因素(光线明暗程度、雾、雨雪、冰雹等)，根据不同环境条件限定自动驾驶车辆最高车速V10。
3)针对不同道路条件，最高车速受以下条件影响：①道路曲率，根据不同的道路完全程度，限定车辆最高车速V11；②路面不平度，根据车辆的动态信息(如:垂直加速度、横向力、坡度等)限定车辆最高车速V12；③路面附着系数，根据自动驾驶车辆自身所带传感器检测当前道路路面附着系数，限定车辆最高车速V13。
据此，得到最高速度集合{V1，……，V13}，根据实际情况选择合适的速度V0作为自动驾驶车辆在当前道路行驶时允许的最高车速V。另外，若V0是由于环境因素(雨雪雾等)或者路面附着系数引起，若此时车辆周围存在邻车，此时主动将V0降低10％，系统最高车速V＝0.9*V0；若上述V0非环境因素(雨雪雾等)、路面附着系数引起，若此时车辆周围存在邻车，此时系统最高车速V＝V8，否则V＝V0。
本发明实施例所确定的本车可行驶的最高车速，与常规方法相比具有更强的实用性，涵盖更多的场景，更符合人的驾驶习惯，避免自动驾驶车辆由于行驶速度过高而出现违章或发生碰撞、车辆打滑等事故，保障自动驾驶车辆行车安全及驾驶员安全及乘坐舒适性。
步骤S120，修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围。
对于该步骤S120，在优选的实施例中，通过配置比率限幅模块来修正所述相对速度差。其中，该比率限幅模块例如是simulink中的rate limiter模块。配置比率限幅模块的目的是修正因本车可行驶的最高车速的变化，导致相对速度差在一个运行周期内有较大变化，影响整车巡航控制的舒适性。而引入这个比率限幅模块后会避免这种情况的发生，经仿真与实车测试验证，该比率限幅模块能使巡航控制效果有很大的改善。另外，此比率限幅模块中的参数设置也是经实车测试标定出来的。
步骤S130，根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度。
在优选的实施例中，采用以下公式计算本车加速度a，
a＝(TopSpd_kph-VehSpd_kph)*Kp (1)
其中，TopSpd_kph表示所述最高车速，VehSpd_kph表示所述当前车速，Kp为P控制的比例参数。其中，P控制是指经典PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分)控制中的P控制。
对于Kp，因巡航控制涉及到加速与减速控制，当本车车速低于最高车速时，车辆加速，反之减速，因加速和减速的执行机构的响应速度及精度不同，因此Kp也不同。优选地，通过下式确定所述比例参数Kp：
Figure BDA0001998741090000081
其中，K0是实车测试中确定的对应于车辆加速工况的最优乘坐体验的第一参数，K1是实车测试中确定的对应于车辆减速工况的最优乘坐体验的第二参数，该K0和K1均是通过实车测试确定的标定值。
步骤S140，基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
通过步骤S110-步骤S130确定合适的加速度后，该步骤S140中通过控制本车的加减速，进而调节本车在巡航模式下的车速。
在一些情形中，步骤S130计算出的本车加速度可能仍不太理想，例如比实际驾驶员在同样条件下在某个特定速度段下发出的加速度相比偏大。对此，在优选的实施例中，该步骤S140被配置为：对所述本车加速度进行限幅修正，再基于限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。据此，通过加速度限幅使得用于车速控制的加速度值更为适宜。
进一步地，在此的加速度限幅的上限值Up采用查表法来确定，根据本车车速限制车辆执行的最大加速度，即当本车发出的加速度a大于上限值Up时，按照上限值Up执行，否则执行本车发出的加速度，即aTaracce＝MIN(Up，a)。更为具体地，上限值Up通过下式确定：
Figure BDA0001998741090000091
同理，加速度限幅的下限值采取同样的处理。
综上，本发明实施例的巡航控制方法在实现巡航控制的基础上，优化了控制的舒适性，经实车及仿真测试分析测试数据，具有较好的控制效果，提高了控制算法的高效性、安全性和舒适性。
图2是本发明实施例的一种自动驾驶车辆的巡航控制装置的结构示意图。如图2所示，所述巡航控制装置可以包括：第一计算模块210，用于获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；第一修正模块220，用于修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；第二计算模块230，用于根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及控制模块240，用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
在优选的实施例中，所述第一修正模块220被配置为比率限幅模块，用于通过所述比率限幅模块修正所述相对速度差。
在优选的实施例中，所述第二计算模块230采用上述的公式(1)计算本车加速度a。
在更为优选的实施例中，所述自动驾驶车辆的巡航控制装置还包括：第二修正模块250，用于对所述本车加速度进行限幅修正。并且，所述控制模块240用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速包括：基于经所述第二修正模块250限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
需说明是，本发明实施例的自动驾驶车辆的巡航控制装置的其他实施细节及效果可参考上述关于自动驾驶车辆的巡航控制方法的实施例，在此则不再赘述。
在示例中，本发明实施例的巡航控制方法或装置与自动驾驶车辆的环境感知系统配合以形成进行车辆巡航控制的硬件布置。图3是本发明实施例的自动驾驶车辆的硬件布置示意图。定位设备310、地图单元320、探测设备340构成环境感知系统。ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)330构成本发明实施例的巡航控制装置或采用本发明实施例的巡航控制方法的设备，除ECU外，也可通过是独立配置的常规控制器来配置，如CPU、单片机、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、SOC(System On a Chip，片上系统)等，且可以理解，这些独立控制器也可以集成至ECU 330中。定位设备310为自动驾驶车辆提供准确位置信息，优先选用高精度GPS+IMU设备，横向定位偏差10cm以内，纵向定位偏差30cm以内。地图单元320用于存储、输出自动驾驶车辆前后方200m范围内高精度车道线、车道数、车道宽度等信息，优先使用存储空间大于50G，处理内存大于1G硬件设备，例如高精度地图单元。探测设备340用于探测提取自动驾驶车辆周围360°范围内出现的物体目标，优先选用全天候传感器探测设备(激光雷达、毫米波雷达设备、视觉传感器等)，避免因雨、雪、雾、光照等引起物体目标误检、漏检等。其中，探测设备340不仅仅局限于当前安装位置也不局限于当前数量，可在多个位置布置多种类型的传感器，以通过设备冗余提高物体目标检测准确、稳定性。
其中，地图单元320获取定位设备310提供自动驾驶车辆准确位置信息，处理运算后实时输出自动驾驶车辆前后方200m范围内高精度地图数据，包括：车道线离散点经纬度(经纬度以地心为原点)、离散点航向角(以正北方向为0°，顺时针为正)、车道线类型、车道宽度、车道数量、道路边界等信息，ECU 330将通过以太网方式接收到车道线离线数据通过坐标转换至平面车辆坐标系下，提供车辆换道过程中所需的道路特征信息，探测设备340同时将探测区域内物体目标信息以CAN通讯方式传输至ECU 330，ECU 330执行上述的巡航控制的功能。
由此可知，本发明实施例的巡航控制方法或装置是易于通过硬件来实现的。需注意的是，ECU 330可被配置为包括多个独立控制模块，每一控制模块分别对应上述的第一计算模块210、第一修正模块220、第二计算模块230、控制模块240以及第二修正模块250，从而更加有利于对各部分进行解耦分析和解耦控制。
本发明另一实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的自动驾驶车辆的巡航控制方法。所述机器可读存储介质包括但不限于相变内存(相变随机存取存储器的简称，Phase Change Random AccessMemory，PRAM，亦称为RCM/PCRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体(Flash Memory)或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动驾驶车辆的巡航控制方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的巡航控制方法包括：
获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；
修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；
根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及
基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法，其特征在于，所述修正所述相对速度差包括：
通过配置比率限幅模块来修正所述相对速度差。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法，其特征在于，所述计算本车加速度包括：采用以下公式计算本车加速度a，
a＝(TopSpd_kph-VehSpd_kph)*Kp
其中，TopSpd_kph表示所述最高车速，VehSpd_kph表示所述当前车速，Kp为P控制的比例参数。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法，其特征在于，通过下式确定所述比例参数Kp：
Figure FDA0001998741080000011
其中，K0是实车测试中确定的对应于车辆加速工况的最优乘坐体验的第一参数，K1是实车测试中确定的对应于车辆减速工况的最优乘坐体验的第二参数。
5.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法，其特征在于，所述基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速包括：
对所述本车加速度进行限幅修正，再基于限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
6.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1至5中任意一项所述的自动驾驶车辆的巡航控制方法。
7.一种自动驾驶车辆的巡航控制装置，其特征在于，所述自动驾驶车辆的巡航控制装置包括：
第一计算模块，用于获取本车处于巡航模式时的当前车速，并计算所述当前车速与本车可行驶的最高车速之间的相对速度差；
第一修正模块，用于修正所述相对速度差，使得所述相对速度差在控制周期内的变化幅度处于预设范围；
第二计算模块，用于根据修正后的所述相对速度差，计算本车加速度；以及
控制模块，用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的巡航控制装置，其特征在于，所述第一修正模块被配置为比率限幅模块，用于通过所述比率限幅模块修正所述相对速度差。
9.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的巡航控制装置，其特征在于，所述第二计算模块采用以下公式计算本车加速度a，
a＝(TopSpd_kph-VehSpd_kph)*Kp
其中，TopSpd_kph表示所述最高车速，VehSpd_kph表示所述当前车速，Kp为P控制的比例参数；
优选地，所述比例参数Kp通过下式确定：
Figure FDA0001998741080000031
其中，K0是实车测试中确定的对应于车辆加速工况的最优乘坐体验的第一参数，K1是实车测试中确定的对应于车辆减速工况的最优乘坐体验的第二参数。
10.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的巡航控制装置，其特征在于，所述自动驾驶车辆的巡航控制装置还包括：
第二修正模块，用于对所述本车加速度进行限幅修正；
并且，所述控制模块用于基于所述本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速包括：基于经所述第二修正模块限幅修正后的本车加速度调节本车在所述巡航模式下的车速。
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