CN111845740A - 动态偏航角速率偏差估计的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请总体上涉及一种用于生成用于控制自主车辆的动作策略的方法和装置。具体地，该方法和设备包括:存储器，用于存储地图数据；传感器，用于提供位置；偏航角速率传感器，用于测量偏航角速率；处理器，用于接收偏航角速率；以及处理器，用于响应于偏航角速率、位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差；以及车辆控制器，用于响应于偏航角速率校准偏差来控制车辆。

Description

动态偏航角速率偏差估计的方法和装置

技术领域

本方面总体上涉及对机动车辆控制系统进行编程。更具体地，本方面的各方面涉及使用GPS位置和高清晰度地图数据进行动态偏航角速率偏差确定的系统、方法和设备，以便补偿偏航角速率偏差误差。

背景技术

现代车辆的操作正变得越来越自动化，即能够以越来越少的驾驶员干预提供驾驶控制。车辆自动化已被划分为多个等级，从零级(对应于没有完全人工控制的自动化)到五级(对应于没有人工控制的完全自动化)。各种自动驾驶辅助系统(ADAS)，如巡航控制、自适应巡航控制和停车辅助系统对应于较低的自动化水平，而真正的“无人驾驶”车辆对应于较高的自动化水平。

已经开发了自适应巡航控制系统，其中该系统不仅保持设定速度，而且在使用各种传感器(例如雷达和摄像机)检测到较慢移动的前方车辆的情况下，该系统还将自动使车辆减速。此外，一些车辆系统试图将车辆保持在道路的车道中心附近。有效ADAS操作的一个重要方面是确定准确的偏航角速率信号，并改进偏差误差估计，用于控制车道居中特征。希望提供一种更精确的偏航角速率信号，其具有用于辅助驾驶控制系统的改进的偏差误差估计。

在该背景技术部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本文公开了用于提供自主车辆控制的自主车辆控制系统训练系统和相关控制逻辑，制造和操作这种系统的方法，以及装备有车载控制系统的机动车辆。作为示例而非限制，提出了一种具有车载车辆控制学习和控制系统的汽车。

根据本发明的一个方面，提供一种设备，具有可操作为存储地图数据的存储器、可操作为提供位置的传感器、可操作为测量偏航角速率的偏航角速率传感器、用于接收偏航角速率并响应于偏航角速率、位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差的处理器、以及用于响应于偏航角速率校准偏差来控制车辆的车辆控制器。

根据本发明的另一方面，地图数据包括通过无线网络接收的高清晰度地图数据。

根据本发明的另一方面，传感器包括全球定位系统传感器。

根据本发明的另一方面，具有用于测量第一车轮的车轮速度的第一车轮速度传感器和用于测量第二车轮的速度的第二车轮速度传感器，并且其中所述处理器可操作为响应于第一车轮的车轮速度与第二车轮的车轮速度相等来确定偏航角速率校准偏差。

根据本发明的另一方面，存储器还可操作为存储偏航角速率校准偏差，并且处理器还可操作为将偏航角速率校准偏差耦合到存储器。

根据本发明的另一方面，处理器可操作为响应于表明车辆沿直行驾驶的位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差。

根据本发明的另一方面，处理器可操作为响应于表明车辆偏航角速率为每秒零度的位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆控制系统，其具有操作为存储地图数据的存储器、操作为提供车辆当前位置的位置传感器、操作为提供当前转向角的转向控制监测器、操作为提供左侧车轮速度的第一车轮速度传感器、操作为提供右侧车轮速度的第二车轮速度传感器、操作为提供偏航角速率的偏航角速率传感器、和处理器，该处理器作为用于响应于地图数据和车辆的当前位置来确定直线道路，响应于当前转向角、左侧车轮速度和右侧车轮速度来确认直线路径，并响应于直线路径和偏航角速率的确认来产生偏航角速率偏差，以及控制器，用于响应于偏航角速率偏差来控制车辆。

根据本发明的另一方面，响应于左侧车轮速度与右侧车轮速度相同，确认直线道路。

根据本发明的另一个方面，响应于当前转向角为零度，确认直线道路。

根据本发明的另一方面，偏航角速率偏差表示偏航角速率和理论直线路径偏航角速率之间的差异。

根据本发明的另一方面，偏航角速率偏差表示偏航角速率和零度偏航角速率之间的差异。

根据本发明的另一方面，位置传感器是全球定位系统传感器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于控制车辆的方法，包括：接收偏航角速率测量值，比较第一车轮速度和第二车轮速度，响应于第一车轮速度等于第二车轮速度来获取地图数据和位置数据，响应于地图数据和位置数据来确定路径曲率，响应于偏航角速率测量值和路径曲率来计算偏航角速率偏差，以及响应于偏航角速率偏差来控制车辆。

根据本发明的另一方面，路径曲率是零度。

根据本发明的另一方面，路径曲率表明车辆以直行驾驶。

根据本发明的另一方面，响应于在第一持续时间内等于零度的转向角变化，进一步计算偏航角速率偏差。

根据本发明的另一方面，该方法还包括确定转向角变化，并且其中响应于在第一持续时间内转向角变化为零度来确定偏航角速率偏差。

根据本发明的另一方面，偏航角速率偏差由辅助驾驶算法使用。

根据本发明的另一方面，路径曲率表示车辆行进的直线路径。

当结合附图时，从以下优选实施例的详细描述中，本公开的上述优点和其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图参考本发明实施例的以下描述，本发明的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本发明将被更好地理解。

图1示出了根据示例性实施例的用于机动车辆的动态偏航角速率偏差估计的操作环境。

图2示出了图示根据示例性实施例的用于辅助驾驶的动态偏航角速率偏差估计的系统框图。

图3示出了图示根据另一示例性实施例的用于辅助驾驶的动态偏航角速率偏差估计的方法流程图。

图4示出了图示用于车辆中辅助驾驶的动态偏航角速率偏差估计的系统示例性实施例的框图。

图5示出了图示根据另一示例性实施例的用于辅助驾驶的动态偏航角速率偏差估计的方法流程图

这里阐述的示例说明了本发明的优选实施例，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可以采取各种替代形式。这些附图不一定是按比例绘制的；一些特征可以被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是代表性的。参考任何一个附图说明和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中说明的特征相结合，以产生没有明确说明或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实现可能是期望的。

图1示意性地示出了用于机动车辆110的动态偏航角速率偏差估计(dynamic yawrate bias estimation)100的操作环境。在本公开的该示例性实施例中，车辆沿着由车道标志120划分的车道行驶。车辆110在辅助驾驶车道居中模式下运行，其中车辆控制系统可操作为使用摄像机和其他传感器来控制车辆，使得车辆停留在驾驶车道的中心130。示例性车辆110还配备有地图数据库和全球定位系统(GPS)传感器。

车辆110可操作为使用至少一个摄像机来捕获来自车辆110的至少前视野的图像。车辆110随后可操作为对这些图像使用图像处理技术来检测车辆110任一侧的车道标志120。这些图像处理技术可以包括边缘检测、Gabor滤波、深度学习和霍夫变换。在检测到车道标志120之后，车辆110操作为通过使用转向控制算法在车道标志120之间使其自身居中。在车道内的车道居中路径可以表示为一段时间内的一系列横向偏移、航向角(headingangle)和纵向距离。这些纵向偏移是响应于横向速度、横向位置和偏航角速率计算的。偏航角速率是车辆绕其垂直轴旋转的角速度。

偏航角速率通常由压电传感器或微机械传感器测量。这些传感器有一定量的误差，这些误差可能会随时间而变化，因此，重新校准偏航角速率输出以产生正确的横向偏移非常重要。

所公开的方法可以与任何数量的不同系统一起使用，并且不限于这里所示的操作环境。系统及其各个组件的架构、构造、设置和操作是众所周知的。本文未示出的其他系统也可以采用所公开的方法。

现在转向图2，示出了用于辅助驾驶的动态偏航角速率偏差估计的系统200的示例性实施例的框图。系统200包括处理器220，例如路径处理器，用于从各种车辆传感器接收数据并为车辆生成路径。这些传感器中可以有偏航角速率传感器240和GPS传感器245。此外，处理器220可以从存储器等接收诸如地图数据250的信息，以及经由用户接口253接收用户输入。

在辅助驾驶系统200中，处理器220可以响应于用户输入等产生期望的路径，其中期望的路径可以包括车道居中、弯道跟随、车道改变等。该期望的路径信息可以响应于车辆速度、偏航角和车道内车辆的横向位置来确定。一旦确定了期望路径，处理器220就产生指示期望路径的控制信号，并将其耦合到车辆控制器230。车辆控制器230可操作为接收控制信号并产生要耦合到转向控制器270的单独转向控制信号、要耦合到制动控制器260的制动控制信号、和要耦合到油门控制器255的油门控制信号，以便执行期望的路径。

动态偏航角速率偏差学习被认为是辅助驾驶系统所必需的，它依赖于直行驾驶状况的精确确定。确定直行驾驶状况的方法可以使用左/右车轮速度差和方向盘角度来检测直行驾驶状况。替换地，该方法可以操作为对角地比较车轮速度，例如左前和右后。然而，这些方法可能导致在长的大半径弯道期间错误地检测到直行驾驶状况。这些错误的直行行驶检测会导致错误的偏差误差学习和偏航角速率信号的偏差累积。例如，在倾斜路面上以约为每秒1度的平均偏航角速率并以100kph的速度行驶，使用车轮速度或方向盘角度无法可靠检测到，因此在这种情况下，传统的偏航角速率偏差学习算法可能被“愚弄”而学习到错误的偏差。即使在给定的控制回路上不满足基于车轮速度的直行驾驶检测，地图和位置数据也可以被连续获取、评估和存储。GPS位置历史和地图曲率可以用来确定车辆实际上是在一个非常轻微的弯道中，并防止在这些条件下的偏航角速率偏差。计算路径曲率的另一种方法是计算GPS航向，并寻找在可校准的带(calibratable band)内恒定的GPS航向。

GPS位置历史和高清晰度地图数据可用于确认车辆一直在直行驾驶，因此处于可以针对偏差误差评估偏航角速率信号并进行调整的状态。在示例性实施例中，处理器220可操作为从地图数据存储器250接收新的高清晰度地图数据，并从GPS245接收位置数据，以确定用于传感器偏差学习的高度精确的直行驾驶状况。随后，处理器220操作为该传感器偏差学习来校准偏航角速率信号。车道居中操作中用于进行控制的偏航角速率信号精度的提高导致偏差误差估计的改善。

现在转向图3，示出了用于辅助驾驶300的动态偏航角速率偏差估计方法的示例性实施例的流程图。偏航角速率是车辆动态感测中的一个关键部分，其中实际值可能会受到传感器偏差的影响。估计传感器偏差并根据该偏差修正偏航角速率至关重要。为了校正错误的偏航角速率信号并估计传感器偏差，该方法首先操作为确定更新偏航角速率偏差305的需要。这种需要可以来自于定期更新偏航角速率偏差的需求，也可能是源于另一种操作需求。该方法随后可操作为确定车辆是否静止(310)。如果车辆是静止的，则该方法可操作为更新偏航角速率偏差(315)。静止车辆将具有零度偏航角速率，因为没有围绕车辆垂直轴线的角速度。如果车辆不是静止的，例如在长途公路旅行中，该方法可操作为确定左右车轮速度是否匹配(320)。如果车轮速度不匹配，则表明车辆在转弯，则该方法可操作为返回到确定更新偏航角速率偏差的需要(305)。

如果车轮速度匹配(320)，表示车辆在直线上行驶，则该方法可操作为确定车辆位置历史和地图数据是否表示车辆在直线上行驶(325)。例如，车辆位置历史可以叠加在高清晰度地图数据上，以确定车辆行驶在哪条道路上，以及该道路是否是适合于偏航角速率偏差确定的直线路径。在地图数据中可以指示该路段是适于偏航角速率确定的直线路径。可选地，该方法可操作为确定车辆位置历史是否对应于道路，表明有效的车辆位置历史，随后该方法可使用数学算法来确定离散的车辆位置点是否对应于直线路径。如果GPS和地图历史表明车辆没有沿直线路径行驶，或者车辆在转弯，则该方法可操作为返回到确定更新偏航角速率偏差的需要(305)。

如果GPS和地图历史表明车辆在直线上行驶，则该方法可操作为确定对于预定距离来说地图曲率是零，例如车辆330前方和后方100米。如果对于预定距离来说地图曲率不为零，则该方法可操作为返回到确定更新偏航角速率偏差的需要(305)。

如果地图曲率在预定距离上为零，则该方法可操作为确定转向角变化是否已经在预定时间段(例如一秒)内发生(335)。该方法可操作为监测转向控制器的转向角度指示器。如果转向角在预定的持续时间内没有显著改变，则该方法可以假设车辆在直线路径上行驶。少量转向角度的变化可以是车道保持校正(lane keeping correction)的结果，也可以是环境状况(如不平的路面或风)导致的校正的结果。如果转向角度的量低于预定阈值量，则该方法仍可操作为确定车辆正在直线路径上行驶。如果转向角在预定时间内已经改变，则该方法可操作为返回到确定更新偏航角速率偏差的需要(305)。

如果转向角在预定时间段内没有改变(335)，则该方法可操作为更新偏航角速率偏差(315)。当前测量的偏航角速率可以从偏航角速率传感器接收。随后将当前测得的偏航角速度与理论直线路径偏航角速率进行比较。这两个速率之间的差异成为偏航速率偏差。该偏航角速率偏差被添加到当前测量的偏航角速率中，以便校准偏航角速率传感器，使得当车辆在直线路径上行驶时，校准的偏航角速率等于理论直线路径偏航角速率。一旦偏航角速率偏差已经被更新，则该方法随后返回到确定更新偏航角速率偏差的需要(305)。

现在转向图4，示出了用于车辆中辅助驾驶400的动态偏航角速率偏差估计系统的示例性实施例的框图。系统400可以包括处理器420、偏航角速率传感器440、GPS传感器450、存储器455、车辆控制器460、转向控制器490、油门控制器480和制动控制器470。

偏航角速率传感器440用于测量车辆绕垂直轴线的旋转速率。例如，向右转弯的车辆可能具有每秒5度的偏航角速率。偏航角速率传感器440可以是惯性测量单元(IMU)的一部分，或者可以是独立的设备。偏航角速率传感器440的输出可以在频率或幅值方面与偏航角速率成比例的振荡电压。

GPS传感器450接收多个带有时间戳的卫星信号，包括发射卫星的位置数据。GPS随后使用该信息来确定GPS传感器450的精确位置。处理器420可操作为从GPS传感器450接收位置数据，并将该位置数据与时间戳一起存储到存储器455中，从而可确定车辆随时间的路径。

在示例性实施例中，处理器420可操作为监测存储的位置数据并确定车辆路径是否是直线。可以在位置数据和地图数据的比较中进行直线路径的确定。如果车辆路径被确定为直线，则处理器可操作为从存储器455接收地图数据，并确定当前车辆位置之前和之后的一距离内的当前道路曲率。处理器420随后可以响应于零度的道路曲率来确认直线路径。处理器420随后可以从车辆控制器接收表示从转向控制器490接收的转向角度的数据。转向控制数据可以表明一段时间内转向角的足够小的变化，这可以进一步表明车辆在直线上行驶。使用这些直线路径指示器中的任何一个，处理器420可以确定车辆正在直行驾驶，随后响应于该确定来更新偏航角速率偏差。响应于由偏航角速率传感器440提供的当前偏航角速率和直线偏航角速率值之间的差来确定偏航角速率偏差。该差值可用作偏航角速率传感器440校准的偏差值。校准的偏航角速率值随后可以提供给车辆控制器460，用于产生车辆控制信号，以耦合到转向控制器490、油门控制器480和制动控制器470。

在另一个示例性实施例中，存储器455操作为存储高清晰度地图数据。GPS传感器450用于提供位置，偏航角速率传感器440用于测量偏航角速率。随后，当位置和地图数据表明车辆在直线路径上行驶并且因此估计的偏航角速率为零时，处理器420可操作为接收偏航角速率并响应于偏航角速率、位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差。处理器420还可操作为响应于偏航角速率校准偏差来产生控制信号，将该偏航角速率校准偏差提供给车辆控制器460，用于响应于偏航角速率校准偏差来控制车辆。

处理器420可以从车轮速度传感器475接收一个或多个车轮速度，并使用这些车轮速度来估计车辆何时在直线路径上行驶。例如，系统400可以包括用于测量第一车轮的车轮速度的第一车轮速度传感器475和用于测量第二车轮的速度的第二车轮速度传感器476，并且其中处理器420可操作为响应于第一车轮的车轮速度与第二车轮的车轮速度近似相等来确定直线路径驾驶状况。处理器420随后可操作为计算偏航角速率校准偏差并将其耦合到存储器455，其中存储器455可操作为存储偏航角速率校准偏差。车辆控制器460随后可操作为从存储器455中获取偏航角速率校准偏差。

现在转向图5，示出了示出用于在主车辆中辅助驾驶500的动态偏航角速率偏差估计方法的示例性实施例的流程图。在该示例性实施例中，方法500可以由装备有高级驾驶员辅助系统的车辆中的车辆控制系统来执行。该方法首先操作为从惯性测量单元、偏航角速率传感器等接收偏航角速率测量值(510)。该方法随后可操作为从车辆左侧的车轮接收第一车轮速度，并从车辆右侧的车轮接收第二车轮速度。该方法随后可操作为比较第一车轮速度和第二车轮速度，以估计车辆是否在直线路径上行驶(520)。如果车轮速度相同(在车轮速度传感器的精度范围内)，则可以假定车辆以直行路径驾驶。可以在一段时间内监测车轮速度，以确定是否发生了任何显著的差异，其表明车辆已经发生转弯。此外，该方法可操作为监测转向控制角度，以确定在一段时间内是否进行了任何转向(530)。转向控制角度的显著变化可以表示车辆转向。转向控制角的微小变化可以表示在直线道路上的车道居中校正，因此转向控制角的不显著变化可以忽略不计。在第一持续时间内等于零度的转向角变化可以表明执行车辆路径。

如果车轮速度相同并且转向控制角度未表明转弯，则该方法可操作为通过从存储器获取高清晰度地图数据和从全球定位系统获取位置数据来确认直线道路中的车辆路径(540)。可以通过确定当前道路在车辆当前位置之前和之后的一段距离内是直的来确认这一点。例如，可以选择车辆当前位置前后100米作为直线道路的阈值距离，以确定道路当前是直的。

响应于路面被确定为直线，该方法随后可操作为响应于偏航角速率测量值和路径曲率来计算偏航角速率偏差550。例如，如果假设车辆在直线道路上沿直行路径行驶，则估计的偏航角速率应为零度。偏航角速率传感器提供的偏航角速率和估计的偏航角速率之间的差值是偏航角速率偏差，或偏航角速率传感器输出的量与估计的偏航角速率不同。该偏航角速率偏差随后被用作应用了偏航角速率传感器输出的校准因子，以产生校正的偏航角速率。该校正后的偏航角速率随后被耦合到车辆控制系统560，以用在控制车辆的高级驾驶员辅助系统中。

虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变化。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供实现一个或多个示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求及其法律等同物中阐述的公开范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种设备，包括:

存储器，操作为存储地图数据；

传感器，操作为提供位置；

偏航角速率传感器，操作为测量偏航角速率；

处理器，用于接收偏航角速率并响应于偏航角速率、位置和地图数据来确定偏航角速率校准偏差；和

车辆控制器，用于响应于偏航角速率校准偏差来控制车辆。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述地图数据包括经由无线网络接收的高清晰度地图数据。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器包括全球定位系统传感器。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括用于测量第一车轮的车轮速度的第一车轮速度传感器和用于测量第二车轮的速度的第二车轮速度传感器，并且其中所述处理器操作为响应于第一车轮的车轮速度与第二车轮的车轮速度相等来确定偏航角速率校准偏差。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述存储器还可操作为存储偏航角速率校准偏差，并且所述处理器还操作为将偏航角速率校准偏差耦合到所述存储器。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器操作为响应于表明所述车辆沿直线驾驶的位置和地图数据来确定所述偏航角速率校准偏差。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器操作为响应于表明车辆偏航角速率为每秒零度的位置和地图数据来确定所述偏航角速率校准偏差。

8.一种用于控制车辆的方法，包括:

从偏航角速率传感器接收偏航角速率测量值；

将来自第一车轮速度传感器的第一车轮速度和来自第二车轮速度传感器的第二车轮速度进行比较；

响应于第一车轮速度等于第二车轮速度，从存储器中获取地图数据并从位置传感器中获取位置数据；

响应于地图数据和位置数据确定路径曲率；

响应于偏航角速率测量值和路径曲率来计算偏航角速率偏差；和

响应于偏航角速率偏差，用车辆控制器控制车辆。

9.根据权利要求8所述的用于控制车辆的方法，其中，路径曲率表明车辆沿直线行驶。

10.根据权利要求8所述的用于控制车辆的方法，还包括确定转向角变化，并且其中响应于转向角在第一持续时间内具有零度的平均角度来确定偏航角速率偏差。

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