CN112927541B - 一种交通流轨迹生成方法、车辆和横向控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法、车辆和自动驾驶车辆的横向控制方法及系统,首先根据前方区域获取前方多个目标车,然后将目标车进行车道属性分类,车辆依车道分类后生成各车道候选目标车集合,将各车道候选目标车集合分别加入上一帧的对应车道位置点集合中,并将上一帧的对应车道位置点集合中的位置点坐标转换到当前本车坐标系下,然后判断自动驾驶车辆是否换道并依此更新目标车历史位置,最后利用各车道多个目标车的位置拟合生成各车道交通流轨迹。本发明的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,能够使自动驾驶车辆能在堵车工况无车道线等情况下实现稳定的横向控制,提高横向控制效果,安全性高。

Description

一种交通流轨迹生成方法、车辆和横向控制方法及系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶控制技术领域,尤其涉及一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法、车辆和自动驾驶车辆的横向控制方法及系统。
背景技术
在自动驾驶系统中,自动驾驶车辆的横向控制一般通过车道线生成中心轨迹线,使车辆按轨迹行驶从而达到横向控制效果。高度依赖车道线做横向控制,在遇到堵车工况未检测到车道线,或车道线质量太差时会面临横向控制退出的问题,从而影响自动驾驶功能。为了解决无车道线带来的问题,可以采用跟随前车轨迹实现横向控制,传统的采用跟随前车轨迹实现无车道线横向控制的技术方法使用前方一辆车的轨迹进行跟踪控制,在跟车过程中本车行驶轨迹完全受前车控制,如果前车行驶轨迹不稳定或前车短暂未识别都会严重影响本车控制效果,而且更为严重的是,当前车在行驶过程中换道,本车也会跟随换道,在堵车工况下,跟随前车换道极易造成交通事故,增加交通压力。
因此,针对跟随前车面临的问题,有必要提出了一种多目标车位置的交通流轨迹生成方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法、车辆和自动驾驶车辆的横向控制方法及系统,通过构建道路上局部交通流轨迹,自动驾驶车辆跟随交通流进行横向控制,使自动驾驶车辆能在堵车工况无车道线等情况下实现稳定的横向控制,提高横向控制效果,安全性高。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,步骤包括:
(1)对本车前方的目标车进行选择,若目标车的纵向位置posX<第一预设距离,则选取该目标车作为候选目标车;然后根据候选目标车的类型对候选目标车进行过滤,若候选目标车类型为小汽车或大卡车,则保留该候选目标车;否则,则剔除该候选目标车;最终得到过滤后的候选目标车集合S,转至执行步骤(2);其中,在确定目标车位置时,以本车前保险杠中心为坐标原点建立X-Y坐标系;
(2)根据候选目标车的横向位置posY的大小和车道属性将候选目标车集合S划分为本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3;
若-a<posY<a,则将该候选目标车加入本车道候选目标集合S1;
若-a-3.5<posY<b-3.5,则将该候选目标车加入左车道候选目标集合S2;
若-b+3.5<posY<a+3.5,则将该候选目标车加入右车道候选目标集合S3;随后转至执行步骤(3);其中,a和b表示目标车换道过程中目标车有效轨迹点的横向最大距离,0.5≤a≤1.25,0.5≤b≤1.25;
(3)判断上一帧的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1是否为空,若为空,则将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标车的位置(posX,posY)分别加入到对应的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中,即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(4);否则,先将本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中的各历史位置点坐标转换到当前本车坐标系下,并剔除posX<第二预设距离和posX>第三预设距离的历史位置点,然后再将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标的位置(posX,posY)分别加入到对应车道坐标转换后的历史位置点集合中即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n;转至执行步骤(4);
(4)判断本车是否换道,若发生换道,则清空当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,直至换道完成,转至执行步骤(1);若未换道,则保留当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(5);
(5)若本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n中的目标车个数均大于4,则根据当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n分别拟合得到本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹,流程结束。
进一步,a=1,b=0.5。
进一步,第一预设距离等于60米;第二预设距离等于-20米,第三预设距离等于60米。
进一步,在步骤(S3)中,坐标转换公式为:
Figure GDA0003690199930000031
其中,
Figure GDA0003690199930000032
为平移旋转后目标的当前位置点坐标,
Figure GDA0003690199930000033
为旋转矩阵,
Figure GDA0003690199930000034
为目标在上一帧位置点坐标,
Figure GDA0003690199930000035
为平移项,θ为本车相对于上一帧前进的角度,deltaX为本车相对于上一帧前进的纵向距离,deltaY为本车相对上一帧前进的横向距离。
本发明还提供了一种自动驾驶车辆的横向控制方法,包括以下步骤:
采用所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
通过获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹来控制本车的横向运动。
本发明还提供了一种自动驾驶车辆的横向控制系统,包括:
交通流轨迹生成模块,用于执行所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤以获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
执行模块,用于执行所述的自动驾驶车辆的横向控制方法的步骤。
本发明还提供了一种车辆,包括所述的自动驾驶车辆的横向控制系统。
本发明与现有技术相比较具有以下优点:
本发明的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法、车辆和自动驾驶车辆的横向控制方法及系统,通过构建道路上局部交通流轨迹,自动驾驶车辆跟随交通流进行横向控制,使自动驾驶车辆能在堵车工况无车道线等情况下实现稳定的横向控制,提高横向控制效果,安全性高;由于多目标车的交通流轨迹受单车轨迹的影响很小,因此能够解决跟前车出现的轨迹不稳定及跟前车换道跑偏的问题;且同一时刻前方多个目标同时短暂丢失的可能性极小,因此还能够解决了跟前车易丢帧的问题。
附图说明
图1为本发明基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参见图1所示,本实施例公开了一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,步骤包括:
(1)对本车前方的目标车进行选择,若目标车的纵向位置posX<第一预设距离,则选取该目标车作为候选目标车;然后根据候选目标车的类型对候选目标车进行过滤,若候选目标车类型为小汽车或大卡车,则保留该候选目标车;否则,则剔除该候选目标车;最终得到过滤后的候选目标车集合S,转至执行步骤(2);其中,在确定目标车位置时,以本车前保险杠中心为坐标原点建立X-Y坐标系;对候选目标车过滤只保留小汽车与大卡车的原因为,一般情况下道路上行驶的多为小汽车和大卡车,且对小汽车和大卡车的识别跟踪比较稳定。
(2)根据候选目标车的横向位置posY的大小和车道属性将候选目标车集合S划分为本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3;
若-a<posY<a,则将该候选目标车加入本车道候选目标集合S1;
若-a-3.5<posY<b-3.5,则将该候选目标车加入左车道候选目标集合S2;
若-b+3.5<posY<a+3.5,则将该候选目标车加入右车道候选目标集合S3;随后转至执行步骤(3);其中,a和b表示目标车换道过程中目标车有效轨迹点的横向最大距离,0.5≤a≤1.25,0.5≤b≤1.25。可选的,a=1,b=0.5。一般情况下,车道宽度为3.5米左右,分类候选目标车将目标车横向位置限定在比车道宽度小的区间内能够有效过滤掉目标车辆换道过程中的历史位置点。
(3)判断上一帧的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1是否为空,若为空,则将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标车的位置(posX,posY)分别加入到对应的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中,即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(4);否则,先将本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中的各历史位置点坐标转换到当前本车坐标系下,并剔除posX<第二预设距离和posX>第三预设距离的历史位置点,然后再将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标的位置(posX,posY)分别加入到对应车道坐标转换后的历史位置点集合中即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n;转至执行步骤(4);将posX<第二预设距离及posX>第三预设距离的历史位置点剔除,以此保证历史点集不至于无限增大。可选的,第一预设距离等于60米;第二预设距离等于-20米,第三预设距离等于60米。在某些实施例中,第一预设距离、第二预设距离和三预设距离可以为其他数值,在此不作限定。
(4)判断本车是否换道,若发生换道,则清空当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,直至换道完成,转至执行步骤(1);若未换道,则保留当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(5);由于换道过程中目标车相对自动驾驶车辆的位置会持续变化,此过程中获取的目标车位置比较奇异,且换道完成后本车道、左右车道会发生变化,造成原始按车道分类的目标历史位置分类不可用,因此需持续清除各车道目标位置点,直至换道完成。
(5)若本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n中的目标车个数均大于4,则根据当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n分别拟合得到本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹,流程结束。本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹均为三次曲线。只有在当前的位置点集合中目标车历史位置点个数大于4,才能拟合出交通流轨迹。在堵车工况下,一般本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n中目标车个数均大于4。
在本实施例中,在步骤(S3)中,坐标转换公式为:
Figure GDA0003690199930000051
其中,
Figure GDA0003690199930000052
为平移旋转后目标的当前位置点坐标,
Figure GDA0003690199930000053
为旋转矩阵,
Figure GDA0003690199930000054
为目标在上一帧的位置点坐标,
Figure GDA0003690199930000055
为平移项,θ为本车相对于上一帧前进的角度,deltaX为本车相对于上一帧前进的纵向距离,deltaY为本车相对上一帧前进的横向距离。
本发明实施例还公开了一种自动驾驶车辆的横向控制方法,包括以下步骤:
采用上述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
通过获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹来控制本车的横向运动。
本发明实施例还公开了一种自动驾驶车辆的横向控制系统,包括:
交通流轨迹生成模块,用于执行上述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤以获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
执行模块,用于执行上述的自动驾驶车辆的横向控制方法的步骤。
本发明实施例还公开了一种车辆,包括上述的自动驾驶车辆的横向控制系统。
在堵车工况下,自动驾驶车辆前方短距离范围内目标车辆的数量一般比较多,在局部范围内,可能会出现前车换道现象,但整体而言前方路段车辆行驶的轨迹趋势不受单车影响,前方各车道多个目标车行驶的轨迹可以很好的反映道路的拓扑形状,而这正是车道线所起的作用,因此可以通过各车道多个目标车的历史位置拟合各车道的交通流轨迹,从而实现堵车工况无车道线情况下自动驾驶横向控制。
本发明的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法、车辆和自动驾驶车辆的横向控制方法及系统,通过构建道路上局部交通流轨迹,自动驾驶车辆跟随交通流进行横向控制,使自动驾驶车辆能在堵车工况无车道线等情况下实现稳定的横向控制,提高横向控制效果,安全性高;由于多目标车的交通流轨迹受单车轨迹的影响很小,因此能够解决跟前车出现的轨迹不稳定及跟前车换道跑偏的问题;且同一时刻前方多个目标同时短暂丢失的可能性极小,因此还能够解决了跟前车易丢帧的问题。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,其特征在于,步骤包括:
(1)对本车前方的目标车进行选择,若目标车的纵向位置posX<第一预设距离,则选取该目标车作为候选目标车;然后根据候选目标车的类型对候选目标车进行过滤,若候选目标车类型为小汽车或大卡车,则保留该候选目标车;否则,则剔除该候选目标车;最终得到过滤后的候选目标车集合S,转至执行步骤(2);其中,在确定目标车位置时,以本车前保险杠中心为坐标原点建立X-Y坐标系;
(2)根据候选目标车的横向位置posY的大小和车道属性将候选目标车集合S划分为本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3;
若-a<posY<a,则将该候选目标车加入本车道候选目标集合S1;
若-a-3.5<posY<b-3.5,则将该候选目标车加入左车道候选目标集合S2;
若-b+3.5<posY<a+3.5,则将该候选目标车加入右车道候选目标集合S3;随后转至执行步骤(3);其中,a和b表示目标车换道过程中目标车有效轨迹点的横向最大距离,0.5≤a≤1.25,0.5≤b≤1.25;
(3)判断上一帧的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1是否为空,若为空,则将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标车的位置(posX,posY)分别加入到对应的本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中,即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(4);否则,先将本车道位置点集合SC1n-1、左车道位置点集合SC2n-1和右车道位置点集合SC3n-1中的各历史位置点坐标转换到当前本车坐标系下,并剔除posX<第二预设距离和posX>第三预设距离的历史位置点,然后再将本车道候选目标车集合S1、左车道候选目标车集合S2和右车道候选目标车集合S3中的各目标的位置(posX,posY)分别加入到对应车道坐标转换后的位置点集合中即生成当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n;转至执行步骤(4);
(4)判断本车是否换道,若发生换道,则清空当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,直至换道完成,转至执行步骤(1);若未换道,则保留当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n,转至执行步骤(5);
(5)若本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n中的目标车个数均大于4,则根据当前的本车道位置点集合SC1n、左车道位置点集合SC2n和右车道位置点集合SC3n分别拟合得到本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹,流程结束。
2.根据权利要求1所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,其特征在于,a=1,b=0.5。
3.根据权利要求1或2所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,其特征在于,第一预设距离等于60米;第二预设距离等于-20米,第三预设距离等于60米。
4.根据权利要求1或2所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法,其特征在于,在步骤(S3)中,坐标转换公式为:
Figure FDA0003690199920000021
其中,
Figure FDA0003690199920000022
为平移旋转后目标的当前位置点坐标,
Figure FDA0003690199920000023
为旋转矩阵,
Figure FDA0003690199920000024
为目标在上一帧的位置点坐标,
Figure FDA0003690199920000025
为平移项,θ为本车相对于上一帧前进的角度,deltaX为本车相对于上一帧前进的纵向距离,deltaY为本车相对上一帧前进的横向距离。
5.一种自动驾驶车辆的横向控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用如权利要求1至4任一所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
通过获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹来控制本车的横向运动。
6.一种自动驾驶车辆的横向控制系统,其特征在于,包括:
交通流轨迹生成模块,用于执行如权利要求1至4任一所述的基于多目标车位置的交通流轨迹生成方法的步骤以获得的本车道交通流轨迹、左车道交通流轨迹和右车道交通流轨迹;
执行模块,用于执行如权利要求5所述的自动驾驶车辆的横向控制方法的步骤。
7.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求6所述的自动驾驶车辆的横向控制系统。
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