CN112598917A - 基于道路信息预测的档位速度控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于道路信息预测的档位速度控制方法及系统，其通过设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则，判断前方道路是否存在弯道或坡道，在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制，从而在保证正常行驶的条件下提升车辆上坡过程和过弯过程的安全性能，避免一定的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及车辆自动驾驶技术领域，尤其是涉及一种基于道路信息预测的档位速度控制方法及系统。
背景技术
无人驾驶在现代交通中起着越来越重要的作用，控制系统位于整个智能驾驶系统中的应用层，位于决策系统和车身执行器之间。将决策系统的路线和速度等规划信息转换为车身执行器的控制命令，控制车辆沿着指定的路线和指定的速度行驶。控制系统分为纵向控制和横向控制，纵向控制主要控制车辆的油门和刹车来跟踪决策的期望速度和加速度。
目前自动变速技术主要以车速和节气门开度作为最主要的换档控制参数来决定档位切换的时机和操作过程，并根据稳态工况下的动力性最优或经济性最优为目标制定换档规律。而没有将车辆周围的环境纳入考虑范围，仅仅将车辆行驶过程中的车身参数作为唯一的考量因素来确定换挡策略，这在一般的路况条件下可以正常工作，但是在上下坡、弯道等工况表现不尽人意。如坡路行驶过程中的循环换档问题，弯道行驶过程中的频繁换档现象以及在附着度较差的道路上行驶出现的驱动轮滑动等问题，极大影响了无人驾驶的稳定性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于道路信息预测的档位速度控制方法及系统，解决现有无人驾驶车辆面临坡道和弯道存在的不稳定性且容易产生事故的问题。
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道路信息预测的档位速度控制方法，其包括如下步骤：
设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
本发明第二方面提供一种基于道路信息预测的档位速度控制系统，其包括如下功能模块：
规则设置模块，用于设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
路况判断模块，用于获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
档位速度控制模块，用于在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
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道路信息预测的档位速度控制方法的步骤。
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道路信息预测的档位速度控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明通过设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则，判断前方道路是否存在弯道或坡道，在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制，从而在保证正常行驶的条件下提升车辆上坡过程和过弯过程的安全性能，避免一定的安全隐患。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种基于道路信息预测的档位速度控制方法的流程框图；
图2是刚性汽车的准静态侧翻模型；
图3是本发明实施例所述的一种基于道路信息预测的档位速度控制系统的模块框图。
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所示，本发明的实施例提供了一种基于道路信息预测的档位速度控制方法，其包括如下步骤：
S1、设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则。
具体的，所述坡道档位速度控制规则如下：
设定期望车速的波动范围；
如果10deg<i<18deg，将坡前期望车速最大值限定在5km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在3档以下(速度限定在决策系统内完成，档位限定在自动变速箱内完成)；
如果5deg<i<10deg，将坡前期望车速最大值限定在10km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在5档以下；
如果i<5deg，将坡前期望车速最大值按照车辆正常行驶状态设定，档位变换亦按照平路换挡决策切换，不做额外限定。
所述弯道档位速度控制规则如下：
将车辆的期望车速限定在弯道临界速度范围内；
根据车辆轨迹点的曲率半径设定相应的档位控制，根据车辆在弯道上当前轨迹点的曲率半径调整车辆的当前档位。
S2、获取前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道。
车辆前方道路情况可以通过车载相机获取，也可以通过高精度地图模块直接获取，另外，还可以自高精度地图模块中直接获取坡道的度数以及弯道的最大曲率半径和最小曲率半径。
S3、在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
首先需要计算车辆的期望车速：
当前方道路为坡道时，首先计算车辆的期望车速以及坡前期望车速最大值。
决策根据当前车道上目标物(包括障碍物，弯道，红绿灯等)在该行驶的轨迹上的位置，需要在到达该位置时提前将速度降低指定速度，称此速度为期望速度vd。
当前方道路为坡道时，车辆的期望车速计算方法如下：
假设车辆处于前方存在动态障碍物，当前车辆需要与该障碍物保持一定的安全距离safe_distance，计算当前车辆与该障碍物之间的距离d和safe_distance之间的差值s，即s＝d-safe_distance，其中safe_distance＝max{动态最小安全距离,安全时间*当前车辆车速}，安全时间一般设为2秒。当障碍物的速度方向与当前车辆的行进方向差异小于60度时，s>0时，期望速度vd设置为该障碍物的的速度；当s<0时，期望速度vd等于该障碍物的速度减去3.0/3.6。当障碍物的速度方向与当前车辆的行进方向差异大于或等于60度时，即该障碍物为逆行，将期望速度vd设置为0。
根据坡道度数对坡前期望车速最大值进行限定，并根据当前车速与期望车速的比较结果进行档位限定。
如果10deg<i<18deg，将坡前期望车速最大值限定在5km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在3档以下；
如果5deg<i<10deg，将坡前期望车速最大值限定在10km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在5档以下；
如果i<5deg，将坡前期望车速最大值按照车辆正常行驶状态设定，档位变换亦按照平路换挡决策切换，不做额外限定。
当前方道路为弯道时，如图2所示，为保证车辆的安全性，使得车辆不至于侧翻，必须满足公式：
Mgd>Mah
其中，M表示车体质量，g是重力加速度，d是车辆车轮轴距的1/2，a为车辆切向加速度，h是车辆重心的高度。
假设此时车辆切向加速度a为0，则a＝v2/R,可得
当车辆给定后，gd/h为一常量，设为K，即V与R的关系要满足
在获取了车前距离d范围内的道路信息，当前方为弯道处，可以得到弯道的最小曲率半径Rmin和最大曲率半径Rmax，车辆过弯的临界速度最大值和最小值的计算公式如下：
K＝gd/h
上式中，vmax为临界速度最大值，K为常量，d为车前距离，Rmax为弯道的最大曲率半径，Rmin为最小曲率半径。
同时，计算车辆的期望车速，车辆的期望车速计算方法如下：
在根据高精度地图生成车辆的一次轨迹的基础上，结合障碍物，车身位置等信息规划得到车辆的二次轨迹，对二次轨迹采样，计算每个采样点的曲率，多个曲率较大的点组成一个弯道。将每个曲率较大的采样点作为一个动态障碍物，此动态障碍物的速度设置为
其中b为最大侧向加速度，n为曲率，采用动态障碍物规划速度方法规划出期望速度vd。由于弯道是由多个曲率较大的轨迹点组成，由此可以得到该弯道最大期望速度vdmax和最小期望速度vdmin，为了安全起见，输出的期望速度vd应为最小值。
将车辆的期望车速限定在弯道临界速度范围内。
由于车辆进入弯道后过弯阻力增大，车速会被拉低，当前档位已经匹配不了入弯时的车速，会产生降档动作，为了跟踪上期望速度油门增大，车速会升高，此时又会生档，产生频繁换挡现象。因此为了避免这种现象，在入弯前就需要把档位降下来，即根据当前弯道的曲率半径调整车辆的当前档位。
为了提高车辆过弯的稳定性和安全性，当前方道路为坡道时，计算期望车速的最大值和最小值，将期望车速进一步限定在期望车速的最大值和最小值之间，且所述期望车速的调整要在进入弯道之前完成。
本发明所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其通过设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则，判断前方道路是否存在弯道或坡道，在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制，从而在保证正常行驶的条件下提升车辆上坡过程和过弯过程的安全性能，避免一定的安全隐患。
如图3所示，本发明实施例还公开了一种基于道路信息预测的档位速度控制系统，其包括如下功能模块：
规则设置模块10，用于设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
路况判断模块20，用于获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
档位速度控制模块30，用于在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
本实施例一种基于道路信息预测的档位速度控制系统的执行方式与上述基于道路信息预测的档位速度控制方法基本相同，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道路信息预测的档位速度控制方法的可运行程序，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规则设置模块、路况判断模块、档位速度控制模块。
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、IA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：一种基于道路信息预测的档位速度控制方法，其包括如下步骤：
设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
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 (10)
1.一种基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
2.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，当前方道路为坡道时，基于坡道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制，包括：
当前方道路为坡道时，计算车辆的期望车速以及坡前期望车速最大值，根据坡道度数对坡前期望车速最大值进行限定，并根据当前车速与期望车速的比较结果进行档位限定。
3.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，所述坡道档位速度控制规则如下：
设定期望车速的波动范围；
如果10deg<i<18deg，将坡前期望车速最大值限定在5km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在3档以下；
如果5deg<i<10deg，将坡前期望车速最大值限定在10km/h以下，当前车速在期望车速的波动范围内时，将档位限定在5档以下；
如果i<5deg，将坡前期望车速最大值按照车辆正常行驶状态设定，档位变换亦按照平路换挡决策切换，不做额外限定。
4.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，当前方道路为弯道时，基于弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制，包括：
当前方道路为坡道时，计算车辆的期望车速，并根据弯道的最小曲率半径和最大曲率半径计算得到车辆过弯的临界速度最大值和最小值，将车辆的期望车速限定在弯道临界速度范围内；
根据车辆轨迹点的曲率半径设定相应的档位控制，根据车辆在弯道上当前轨迹点的曲率半径调整车辆的当前档位。
5.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，当前方道路为坡道时，计算期望车速的最大值和最小值，将期望车速进一步限定在期望车速的最大值和最小值之间。
6.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，所述期望车速的调整要在进入弯道之前完成。
7.根据权利要求1所述基于道路信息预测的档位速度控制方法，其特征在于，车辆过弯的临界速度最大值和最小值的计算公式如下：
K＝gd/h
上式中，vmax为临界速度最大值，K为常量，d为车前距离，Rmax为弯道的最大曲率半径，Rmin为最小曲率半径。
8.一种基于道路信息预测的档位速度控制系统，其特征在于，包括如下功能模块：
规则设置模块，用于设置坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则；
路况判断模块，用于获取车辆前方道路情况，判断前方是否存在弯道或坡道；
档位速度控制模块，用于在车辆即将进入弯道或坡道时，分别基于相应的坡道档位速度控制规则和弯道档位速度控制规则对车辆当前的车速和档位进行相应调整和控制。
9.一种服务器，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7任一项所述基于道路信息预测的档位速度控制方法的步骤。
10.一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7任一项所述基于道路信息预测的档位速度控制方法的步骤。
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