CN112026764A - 车辆紧急车道保持方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车辆紧急车道保持方法及装置，属于自动驾驶技术领域，该方法包括：获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；获取预瞄距离；基于预瞄距离和车道线信息确定当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；基于距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；基于车辆航向角和距中心线距离判断紧急车道保持功能退出的时机。可以解决现有的车道保持方式容易导致发生车辆碰撞危险的问题；通过触发紧急车道保持模式，可以减少车辆偏离碰撞危险。

Description

车辆紧急车道保持方法及装置

技术领域

本申请涉及一种车辆紧急车道保持方法及装置，属于自动驾驶技术领域。

背景技术

紧急车道保持是对现有的车辆辅助驾驶功能的延伸，是在存在相关侧车道线的情况下，对车辆进行控制，避免自车和相邻车道车辆或路缘发生碰撞的技术。

目前，车道偏离预警功能仅仅是在偏离车道时对驾驶员发出警示，需要驾驶员主动介入进行转向控制，而车道偏离保持和车道居中保持功能有时会出现控制力矩不足，车辆偏离自车车道的情况。

发明内容

本申请提供了一种车辆紧急车道保持方法及装置，可以解决人工转向控制进行车辆紧急车道保持时的智能化程度不高、以及现有的车道偏离保持和车道居中保持功能产生的车辆可能偏离自车车道，导致发生车辆碰撞危险的问题。本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种车辆紧急车道保持方法，所述方法包括：

获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；

获取预瞄距离；

基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；

在确定出触发所述紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；

基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；

基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机。

可选地，所述基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离，包括：

基于所述当前车辆的位置和所述预瞄距离确定预瞄点；

计算所述预瞄点处所述当前车辆与所述车道边线之间的第一距离；

计算所述第一距离与所述当前车辆的宽度的一半的差，得到所述距边线距离。

可选地，所述基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式，包括：

在所述距边线距离小于第一阈值时，根据所述车道线信息确定所述当前车道的车道边线是否为道路边缘；

在所述当前车道的车道边线为道路边缘时，确定触发所述紧急车道保持模式。

可选地，所述基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式，还包括：

在所述距边线距离小于第一阈值、且所述当前车道的车道边线不是道路边缘时，计算所述当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，所述目标车辆为与所述当前车辆在至少一个方向上的距离最近的车辆；

在所述预碰撞距离小于第二阈值、且所述预碰撞时间小于第三阈值时，确定触发所述紧急车道保持模式。

可选地，所述计算所述当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，包括：

通过摄像头传感器和雷达传感器探测所述当前车辆周围的车辆；

从所述车辆中筛选出所述目标车辆，所述目标车辆包括离所述当前车辆最近的左前方车辆、右前方车辆、左后方车辆和右后方车辆；

计算所述当前车辆与所述目标车辆之间的相对纵向距离和相对纵向速度；

基于所述相对纵向距离确定所述预碰撞距离；

基于所述相对纵向速度和所述预碰撞距离确定所述预碰撞时间。

可选地，所述基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角，包括：

计算预瞄点处所述当前车辆与自车行驶轨迹之间的第一横向距离，所述预瞄点是基于所述预瞄距离和所述自车行驶轨迹确定出来的；

计算所述预瞄点处所述当前车辆与车道中心线之间的第二横向距离；

确定所述当前车辆在当前位置距离当前车道的车道中心线之间的第三横向距离；

使用第一横向距离减去第二横向距离的差加上所述第三横向距离的和后除以所述预瞄距离，得到所述当前车辆的航向角。

可选地，所述基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机，包括：

确定当前车辆按照所述航向角运行后的当前位置与车道中心线之间的第四横向距离；

计算当前车辆更新后的航向角；

在所述第四横向距离小于第四阈值、且所述更新后的航向角小于第五阈值时，退出所述紧急车道保持模式。

可选地，所述基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算所述当前车辆的航向角之后，还包括：

对所述航向角进行均值滤波处理，得到处理后的航向角。

第二方面，提供了一种车辆紧急车道保持装置，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；

距离获取模块，用于获取预瞄距离；

距离确定模块，用于基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；

模式触发模块，用于基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；

车辆控制模块，用于在确定出触发所述紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；

角度计算模块，用于基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；

所述模式触发模块，还用于基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机。

本申请的有益效果在于：通过获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；获取预瞄距离；基于预瞄距离和车道线信息确定当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；基于距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；基于车辆航向角和距中心线距离判断紧急车道保持功能退出的时机；可以解决人工转向控制进行车辆紧急车道保持时的智能化程度不高、以及现有的车道偏离保持和车道居中保持功能产生的车辆可能偏离自车车道，导致发生车辆碰撞危险的问题；通过触发紧急车道保持模式，可以减少车辆偏离碰撞危险。

另外，通过对于触发场景的分类处理，有效提高了紧急车道保持功能触发的准确性

另外，采用预瞄点做路缘场景的触发机制，能预留出一段有效的控制时间，使ELK的控制更为平顺。

另外，基于车道中心线的航向角计算，可以减少非必须的传感器的加载，减少算法的运行时间及复杂度，且具有一定的精度。

另外，基于道路边缘和目标车辆触发判定紧急车道保持模式，可避免自车与路沿或车辆的碰撞。

另外，基于车道中心线和航向角的退出判断能提高紧急车道保持功能的使用舒适性，保障功能退出后不会使车辆面临危险工况。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的车辆紧急车道保持方法的流程图；

图2是本申请一个实施例提供的车辆紧急车道保持装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

首先，对本申请涉及的名词进行介绍。

预瞄点：车辆的自动驾驶是一个复杂的控制过程，为研究方便，按照方向将其分为纵向控制与横向控制，横向控制主要是对车辆行驶方向进行控制，保证车辆自动保持在车道中心附近行驶，在车辆横向控制研究中，有时会把车辆等效为一个在车辆质心处的一个质点，保证质点在车道中心附近，但根据此刻的车路位置关系来控制运动中的车辆，车辆的表现效果有一定延迟，控制效果不好，所以需要加入一些预判，故在车辆行驶前方选择一个点代替车辆质点，控制这个点在车道中心，以改善控制效果，车辆行驶前方选择的点即为预瞄点。

预瞄距离：是指预瞄点与车辆质心之间的距离。

紧急车道保持(Emergency Lane Keeping，ELK)辅助系统：是指当检测到车辆即将驶出道路边缘或进入相邻车道上有迎面而来或超车的车辆时，自动修正车辆航向。

电子助力转向(Electric Power Steering，EPS)：是指依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。

预碰撞距离(Distance to Collision，DTC)指自车与目标车辆将要碰撞的距离。

预碰撞时间(Time to Collision，TTC)指自车与目标车辆将要碰撞的时间。

距边线的距离(Distance to Lane Crossing，DTLC)指自车前轮距离车道边线的距离。

可选地，本申请以各个实施例的执行主体为车载控制系统为例进行说明。

图1是本申请一个实施例提供的车辆紧急车道保持方法的流程图。该方法至少包括以下几个步骤：

步骤101，获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息。

当前车辆上安装有摄像头传感器和雷达传感器，通过摄像头传感器和雷达传感器可以采集到行驶环境的车道线信息。比如：当前车辆安装有前视单目摄像头传感器和后置的两个角雷达传感器，融合摄像头采集到的图像信息和雷达信号得到车道线信息。

可选地，车道线信息包括各条车道线相对于当前车辆的位置信息和车道线类型。车道线类型包括道路边缘类型和线条类型。当然，车道线类型还可以进一步划分为实线类型、虚线类型等，本实施例不对车道线类型的划分方式作限定。另外，车道线信息还可以包括其它内容，比如：车道线的曲率等，本实施例不对车道线信息的具体内容作限定。

步骤102，获取预瞄距离。

可选地，预瞄距离可以是固定数值，此时，获取预瞄距离，包括：读取预先存储的预瞄距离。或者，预瞄距离是根据当前车辆的当前车速和当前车道的曲率计算得到的，此时，获取预瞄距离，包括：根据当前车速和车道线信息指示的当前车道的曲率计算预瞄距离，本实施例不对预瞄距离的获取方式作限定。

步骤103，基于预瞄距离和车道线信息确定当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离。

在一个示例中，基于预瞄距离和车道线信息确定当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离，包括：基于当前车辆的位置和预瞄距离确定预瞄点；计算预瞄点处当前车辆与车道边线之间的第一距离；计算第一距离与当前车辆的宽度的一半的差，得到距边线距离。

具体地，将当前车辆的质心前方间隔预瞄距离的点作为预瞄点。可选地，预瞄点处当前车辆与车道边线之间的第一距离是使用预设的三次轨迹方程计算出来的，该三次轨迹方程用于指示预瞄点与车道边线之间的相对位置关系。

距边线距离DTLC通过下式表示：

DTLC＝L-VehicleWidth/2

其中，L为第一距离，VehicleWidth为当前车辆的宽度。

步骤104，基于距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式。

在一个示例中，在距边线距离小于第一阈值时，根据车道线信息确定当前车道的车道边线是否为道路边缘；在当前车道的车道边线为道路边缘时，确定触发紧急车道保持模式。

在距边线距离小于第一阈值、且当前车道的车道边线不是道路边缘时，此时可认为车辆将要变道，计算当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，目标车辆为与当前车辆在至少一个方向上的距离最近的车辆；在预碰撞距离小于第二阈值、且预碰撞时间小于第三阈值时，确定触发紧急车道保持模式。

在距边线距离大于或等于第一阈值，或者，预碰撞距离大于或等于第二阈值、或者预碰撞时间大于或等于第三阈值时，不触发紧急车道保持模式。

其中，计算当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，包括：通过摄像头传感器和雷达传感器探测当前车辆周围的车辆；从车辆中筛选出目标车辆，目标车辆包括离当前车辆最近的左前方车辆、右前方车辆、左后方车辆和右后方车辆；计算当前车辆与目标车辆之间的相对纵向距离和相对纵向速度；基于相对纵向距离确定预碰撞距离；基于相对纵向速度和预碰撞距离确定预碰撞时间。

具体地，基于当前车辆到左右侧车道线的横向距离和当前车辆到各个车辆的横向距离信息，将多个车辆划分为左侧车道车辆、右侧车道车辆及其它车辆；然后，基于到目标车辆的纵向距离信号，挑选出离自车最近的左前、右前、左后和右后目标车辆。

步骤105，在确定出触发紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制。

当前车辆结合驾驶员是否主动介入的判定，利用车载EPS作为控制单元，以车道中心线作为控制轨迹，对车辆进行转向控制。

步骤106，基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算当前车辆的航向角。

其中，航向角用于紧急车道保持功能退出的判定。

基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算当前车辆的航向角，包括：计算预瞄点处当前车辆与预设轨迹之间的第一横向距离，预瞄点是基于当前车辆的位置和预瞄距离确定出来的；计算预瞄点处当前车辆与车道中心线之间的第二横向距离；确定当前车辆在当前位置距离当前车道的车道中心线之间的第三横向距离；使用第一横向距离减去第二横向距离的差加上第三横向距离的和后除以预瞄距离，得到当前车辆的航向角。

其中，第一横向距离、第二横向距离是基于预先确定的三次轨迹方程计算得到的。

当前车辆的航向角HeadingAgle通过下式表示：

HeadingAgle＝(L1-L2+L3)/Lpred

其中，L1为第一横向距离、L2为第二横向距离、L3为第三横向距离，Lpred为预瞄距离。

可选地，在得到当前位置的航向角之后，还可以对航向角进行均值滤波处理，得到处理后的航向角。这样，可以保证航向角的平滑过渡。

步骤107，基于车辆航向角和距中心线距离判断紧急车道保持功能退出的时机。

可选地，基于车辆航向角和距中心线距离判断紧急车道保持功能退出的时机，包括：确定车辆的当前位置与当前车道的车道中心线之间的第四横向距离；计算当前车辆更新后的航向角；在第四横向距离小于第四阈值、且更新后的航向角小于第五阈值时，可认为车辆被控制到车道中心处，且沿车道中心线行驶，此时，退出紧急车道保持模式。

在第四横向距离大于或等于第四阈值、或者更新后的航向角大于或等于第五阈值时，再次执行步骤105。

本申请中，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值和第五阈值均为根据经验值设置的常数，本实施例不对第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值和第五阈值的取值作限定。

综上所述，本实施例提供的车辆紧急车道保持方法，通过获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；获取预瞄距离；基于预瞄距离和车道线信息确定当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；基于距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；基于车辆航向角和距中心线距离判断紧急车道保持功能退出的时机；可以解决人工转向控制进行车辆紧急车道保持时的智能化程度不高、以及现有的车道偏离保持和车道居中保持功能产生的车辆可能偏离自车车道，导致发生车辆碰撞危险的问题；通过触发紧急车道保持模式，可以减少车辆偏离碰撞危险。

另外，通过对于触发场景的分类处理，有效提高了紧急车道保持功能触发的准确性

另外，采用预瞄点做路缘场景的触发机制，能预留出一段有效的控制时间，使ELK的控制更为平顺。

另外，基于车道中心线的航向角计算，可以减少非必须的传感器的加载，减少算法的运行时间及复杂度，且具有一定的精度。

另外，基于道路边缘和目标车辆触发判定紧急车道保持模式，可避免自车与路沿或车辆的碰撞。

另外，基于车道中心线和航向角的退出判断能提高紧急车道保持功能的使用舒适性，保障功能退出后不会使车辆面临危险工况。

图2是本申请一个实施例提供的车辆紧急车道保持装置的框图，本实施例以该装置应用于图1所示的车辆紧急车道保持系统中的管理服务器120为例进行说明。该装置至少包括以下几个模块：信息获取模块210、距离获取模块220、距离确定模块230、模式触发模块240、车辆控制模块250和角度计算模块260。

信息获取模块210，用于获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；

距离获取模块220，用于获取预瞄距离；

距离确定模块230，用于基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；

模式触发模块240，用于基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；

车辆控制模块250，用于在确定出触发所述紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；

角度计算模块260，用于基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；

所述模式触发模块240，还用于基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机。相关细节参考上述方法实施例。

需要说明的是：上述实施例中提供的车辆紧急车道保持装置在进行车辆紧急车道保持时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将车辆紧急车道保持装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的车辆紧急车道保持装置与车辆紧急车道保持方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的车辆紧急车道保持方法。

可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的车辆紧急车道保持方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种车辆紧急车道保持方法，其特征在于，所述方法包括：

获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；

获取预瞄距离；

基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；

基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；

在确定出触发所述紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；

基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；

基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离，包括：

基于所述当前车辆的位置和所述预瞄距离确定预瞄点；

计算所述预瞄点处所述当前车辆与所述车道边线之间的第一距离；

计算所述第一距离与所述当前车辆的宽度的一半的差，得到所述距边线距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式，包括：

在所述距边线距离小于第一阈值时，根据所述车道线信息确定所述当前车道的车道边线是否为道路边缘；

在所述当前车道的车道边线为道路边缘时，确定触发所述紧急车道保持模式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式，还包括：

在所述距边线距离小于第一阈值、且所述当前车道的车道边线不是道路边缘时，计算所述当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，所述目标车辆为与所述当前车辆在至少一个方向上的距离最近的车辆；

在所述预碰撞距离小于第二阈值、且所述预碰撞时间小于第三阈值时，确定触发所述紧急车道保持模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述当前车辆与目标车辆之间的预碰撞距离和预碰撞时间，包括：

通过摄像头传感器和雷达传感器探测所述当前车辆周围的车辆；

从所述车辆中筛选出所述目标车辆，所述目标车辆包括离所述当前车辆最近的左前方车辆、右前方车辆、左后方车辆和右后方车辆；

计算所述当前车辆与所述目标车辆之间的相对纵向距离和相对纵向速度；

基于所述相对纵向距离确定所述预碰撞距离；

基于所述相对纵向速度和所述预碰撞距离确定所述预碰撞时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角，包括：

计算预瞄点处所述当前车辆与自车行驶轨迹之间的第一横向距离，所述预瞄点是基于所述预瞄距离和所述自车行驶轨迹确定出来的；

计算所述预瞄点处所述当前车辆与车道中心线之间的第二横向距离；

确定所述当前车辆在当前位置距离当前车道的车道中心线之间的第三横向距离；

使用第一横向距离减去第二横向距离的差加上所述第三横向距离的和后除以所述预瞄距离，得到所述当前车辆的航向角。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机，包括：

确定当前车辆按照所述航向角运行后的当前位置与车道中心线之间的第四横向距离；

计算当前车辆更新后的航向角；

在所述第四横向距离小于第四阈值、且所述更新后的航向角小于第五阈值时，退出所述紧急车道保持模式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算所述当前车辆的航向角之后，还包括：

对所述航向角进行均值滤波处理，得到处理后的航向角。

9.一种车辆紧急车道保持装置，其特征在于，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取当前车辆所处行驶环境的车道线信息；

距离获取模块，用于获取预瞄距离；

距离确定模块，用于基于所述预瞄距离和所述车道线信息确定所述当前车辆的前轮与当前车道的车道边线的距边线距离；

模式触发模块，用于基于所述距边线距离、与相邻车道上车辆的预碰撞时间和预碰撞距离确定是否触发紧急车道保持模式；

车辆控制模块，用于在确定出触发所述紧急车道保持模式时，以车道中心线作为控制轨迹进行紧急车道保持控制；

角度计算模块，用于基于车道中心线轨迹和自车行驶轨迹计算车辆航向角；

所述模式触发模块，还用于基于所述车辆航向角和距中心线距离判断所述紧急车道保持功能退出的时机。

Images