CN112440997A - 基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质 - Google Patents

基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质 Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质，其通过车辆前方道路图像获取车道线信息；自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；最后根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。通过使车辆跟随预瞄点的方式来实现车道保持，从而能够适用于弯道场景，从而减轻驾驶员的精神压力，减少事故发生几率，且将预瞄距离和车速关联起来，能够避免高速行驶时由于预瞄距离相对较短而引起较高频率自我修正带来的振荡。

Description

基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质
技术领域
本发明涉及车辆自动驾驶技术，尤其是涉及一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质。
背景技术
无人驾驶汽车是通过一系列传感器获取车辆位置、外部环境信息并且经过处理器计算得到驾驶决策，从而控制车辆行为的智能汽车。
车道保持是智能驾驶汽车的一项功能，即辅助或自动修正转向让车辆保持在当前车道行驶，该功能对于减轻驾驶员的疲劳、减少交通事故的发生有很重要的作用。不过现有的车道保持方案基本只适用于直道场景，对于弯道场景中更多的还是依靠驾驶员自己来控制，需要驾驶员高度集中精神，容易造成驾驶疲劳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法及系统、服务器及介质，解决现有弯道需要驾驶员在高度集中精神的情况下驾驶而容易产生驾驶疲劳的问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案第一方面提供一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其包括如下步骤：
获取车辆前方道路图像,自道路图像中提取车道线信息；
自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；
根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
本发明第二方面提供一种基于预瞄算法的弯道车道保持系统，其包括如下功能模块：
车道线提取模块，用于获取车辆前方道路图像,自道路图像中提取车道线信息；
预瞄点获取模块，用于自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；
期望转角计算模块，用于根据预瞄点计算期望角速度，根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
本发明第三方面提供一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所述基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其通过车辆前方道路图像获取车道线信息；自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；最后根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。通过使车辆跟随预瞄点的方式来实现车道保持，从而能够适用于弯道场景，从而减轻驾驶员的精神压力，减少事故发生几率，且将预瞄距离和车速关联起来，能够避免高速行驶时由于预瞄距离相对较短而引起较高频率自我修正带来的振荡。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的流程框图；
图2是本发明实施例所述的一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例所述的一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的模型图；
图4是图1中步骤S4的子流程框图；
图5是本发明实施例所述的一种基于预瞄算法的弯道车道保持系统的模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其包括如下步骤：
S1、获取车辆前方道路图像，自道路图像中提取车道线信息。
车辆前方道路图像通过安装在汽车上的车载相机获取，所述车载相机可以安装于车前挡风玻璃居中靠上的位置，适当调节俯仰角，使视野较宽阔。
所述车道线信息包括在车身坐标系下车道线起始点的坐标、偏航角、曲率、车道线长度以及车道线质量，根据这些信息可以得到左右车道线点集。
本发明中，如图3所示，设车身坐标系原点为车辆后轴中心，车辆前方为y方向，右侧为x方向，上方为z方向；设起始点坐标(x0，y0)，车道线起始角度θ0，曲率ri，长度l，可调节的前馈系数fi，可调节的相邻点之间的距离step_d，车道线点集(xk+1，yk+1)可以表示为：
step_d＝0.5
xk+1＝xk+sin(θk)×step_d
yk+1＝yk+sin(θk)×step_d
θk＝θk_1+fi×ri
S2、自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点。
如图4所示，所述步骤S2还包括以下分步骤：
S21、预设参考车道线的选取规则，根据参考车道线的选取规则自车道线信息中选出符合规则的车道线作为参考车道线；
所述参考车道线的选择规则为：自道路图像中分别提取左、右车道线信息，分别获取左、右车道线的可视距离长度以及清晰度，将采集的图像中的左右车道线进行比对，选择可视距离更长、清晰度更高的一段车道线作为参考车道线。参考车道线是根据左右车道线的情况实时变化的，如果当前实时采集的图像中左侧车道线的可视距离更长、清晰度更高，则选择左侧车道线作为参考车道线，如果当前实时采集的图像中右侧车道线的可视距离更长、清晰度更高，则选择右侧车道线作为参考车道线。
本发明实施例中是通过可视距离长度以及清晰度来作为选择的标准来选取参考车道线，当然，所述参考车道线的选择规则还可以是其他的选择标准，只要最终在左右车道线中选择出一条车道线出来作为参考车道线即可。
S22、预设横向期望距离，结合参考车道线获得与参考车道线平行间隔横向期望距离的参考中心线；
其中，横向期望距离为可调节参数，表示参考中心线与参考车道线的横向距离。参考中心线计算方法与车道线点集计算方法一致，本发明中，起始点坐标为(x0±xlka,y0)，xlka表示横向期望距离。
S23、设置预瞄距离，根据预瞄距离自参考中心线点集中获取预瞄点。
所述预瞄点从参考中心线点集中获取，本发明通过设置预瞄距离来选取预瞄点，预瞄距离表示与车辆后轴中心最近的期望轨迹点到预瞄点的弧线长度，具体的，所述预瞄距离不小于预设最小值且满足以下公式：
fd＝ftvt+dwb
式中，fd表示预瞄距离，vt表示当前车速，dwb表示车辆轴距，ft表示预瞄时间，ft值为可设置的常数。
通过将预瞄距离和车速关联起来，而不是使用固定的预瞄距离，可以避免高速行驶时由于预瞄距离相对较短而引起较高频率自我修正带来的振荡。同时限制预瞄距离的最小值，可以避免低速场景下的预瞄距离较短引起的高频率振荡，所述预瞄距离的最小值根据经验设定。
S3、根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
如图3所示，设预瞄点的坐标为Pf(xf，yf)，则OPf为期望转向圆弧，O′为转向圆弧的圆心，可以算出圆弧半径r，进一步可算出期望角速度wex。
Figure BDA0002749840830000061
r＝d2/2xf
wex＝kfvt/r
kf表示可调节的角速度补偿系数，vt表示实时车速。
采用PID算法得到期望角速度的补偿量：
wcom＝Fpid(wex，wt)
wtag＝wex+wt
wcom表示角速度补偿量，wt表示实时角速度，wtag表示目标角速度，Fpid代表PID算法。
根据车辆动力学模型和目标角速度计算得出期望的方向盘转角，发送给执行器执行，实现车道保持功能。
deg＝wtag×180/π
steelfin＝kw×deg×dwb/vt
steelfin表示期望的方向盘转角，kw表示转向机传动比，dwb表示轴距，vt表示实时车速，当vt小于怠速时，取值怠速。
本发明所述基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其通过车辆前方道路图像获取车道线信息；自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；最后根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。通过使车辆跟随预瞄点的方式来实现车道保持，从而能够适用于弯道场景，从而减轻驾驶员的精神压力，减少事故发生几率，且将预瞄距离和车速关联起来，能够避免高速行驶时由于预瞄距离相对较短而引起较高频率自我修正带来的振荡。
该方法还可适用于通过传感器信息获取预瞄点的其他方案，例如可以使用惯导或者高精度地图获取预瞄点，也可以多传感器组合使用，适合部分道路没有车道线的场景。
如图5所示，本发明实施例还公开了一种基于预瞄算法的弯道车道保持系统，其包括如下功能模块：
车道线提取模块10，用于获取车辆前方道路图像，自道路图像中提取车道线信息；
预瞄点获取模块20，用于自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；
期望转角计算模块30，用于根据预瞄点计算期望角速度，根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
本实施例一种基于预瞄算法的弯道车道保持系统的执行方式与上述基于预瞄算法的弯道车道保持方法基本相同，故不作详细赘述。
本实施例服务器为提供计算服务的设备，通常指具有较高计算能力，通过网络提供给多个消费者使用的计算机。该实施例的服务器包括：存储器、处理器以及系统总线，所述存储器包括存储其上的可运行的程序，本领域技术人员可以理解，本实施例的终端设备结构并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
存储器可用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在存储器上包含一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法的可运行程序，所述可运行程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由处理器执行，以完成信息的获取及实现过程，所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述服务器中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割为车道线提取模块、预瞄点获取模块以及期望转角计算模块。
处理器是服务器的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端进行整体监控。可选的，处理器可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器中。
系统总线是用来连接计算机内部各功能部件，可以传送数据信息、地址信息、控制信息，其种类可以是例如PCI总线、ISA总线、VESA总线等。处理器的指令通过总线传递至存储器，存储器反馈数据给处理器，系统总线负责处理器与存储器之间的数据、指令交互。当然系统总线还可以接入其他设备，例如网络接口、显示设备等。
所述服务器应至少包括CPU、芯片组、内存、磁盘系统等，其他构成部件在此不再赘述。
在本发明实施例中，该终端所包括的处理器执行的可运行程序具体为：一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其包括如下步骤：
获取车辆前方道路图像,自道路图像中提取车道线信息；
预设参考车道线的选取规则，根据参考车道线的选取规则自车道线信息中选出符合规则的车道线作为参考车道线；
预设横向期望距离，结合参考车道线获得与参考车道线平行间隔横向期望距离的参考中心线；
设置预瞄距离，根据预瞄距离自参考中心线点集中获取预瞄点。
根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取车辆前方道路图像,自道路图像中提取车道线信息；
自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；
根据预瞄点计算期望角速度，并根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
2.根据权利要求1所述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，所述自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；包括
预设参考车道线的选取规则，根据参考车道线的选取规则自车道线信息中选出符合规则的车道线作为参考车道线；
预设横向期望距离，结合参考车道线获得与参考车道线平行间隔横向期望距离的参考中心线；
设置预瞄距离，根据预瞄距离自参考中心线点集中获取预瞄点。
3.根据权利要求2所述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，所述参考车道线的选择规则为：
自道路图像中分别提取左、右车道线信息，分别获取左、右车道线的可视距离长度以及清晰度，将采集的图像中的左右车道线进行比对，选择可视距离更长、清晰度更高的一段车道线作为参考车道线。
4.根据权利要求1所述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，所述车道线信息包括在车身坐标系下车道线起始点的坐标、偏航角、曲率、车道线长度以及车道线质量。
5.根据权利要求2所述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，所述预瞄距离为与车辆后轴中心最近的期望轨迹点到预瞄点的弧线长度。
6.根据权利要求2所述一种基于预瞄算法的弯道车道保持方法，其特征在于，所述预瞄距离满足以下公式：
fd＝ftvt+dwb
上式中，fd表示预瞄距离，vt表示当前车速，dwb表示车辆轴距，ft表示预瞄时间，ft值为可设置的常数。
7.一种基于预瞄算法的弯道车道保持系统，其特征在于，包括如下功能模块：
车道线提取模块，用于获取车辆前方道路图像,自道路图像中提取车道线信息；
预瞄点获取模块，用于自车道线信息中选出合适的车道线作为参考车道线，并计算得到与参考车道线平行间隔预设横向期望距离的参考中心线，自参考中心线点集中获取预瞄点；
期望转角计算模块，用于根据预瞄点计算期望角速度，根据期望角速度和当前角速度计算方向盘的期望转角，发送给执行器执行。
8.一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述基于预瞄算法的弯道车道保持方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于预瞄算法的弯道车道保持方法的步骤。
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