CN113085886B - 一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法 - Google Patents

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    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法，通过获取方向盘转角信息，并生成样条曲线，再通过所述样条曲线生成轨迹，并显示出。

Description

一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶显示领域，具体涉及一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法。
背景技术
目前的轨迹显示方法主要有平面箭头法和轨迹投影法。平面箭头法是在像素平面中画一个二维的方向箭头，该方法的缺点是只能表达转向、直行、掉头等基本信息，或者通过折线表达自动驾驶系统的行进轨迹，两者表达方式都比较单调，界面不友好。
轨迹投影法是基于自动驾驶系统中输出的预设轨迹，在相机坐标系中反投影出该轨迹，该方法能够直接表达接收到的轨迹信息，缺点是该系统的稳定表达依赖准确稳定的轨迹信息。
发明内容
为了解决上述轨迹显示方法比较单调、依赖轨迹信息等缺陷，本发明提供了一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法，
获取方向盘转角信息，通过所述方向盘转角信息生成样条曲线，通过所述样条曲线生成轨迹，并显示出来。
优选地，样条曲线是贝塞尔曲线。通过采用贝塞尔曲线，使得生成轨迹的显示效果更接近真实的行使路线轨迹，同时，通过设置贝塞尔曲线上的控制点可以调节贝塞尔曲线的弯曲程度和光滑性，便于控制和调节。
优选地，贝塞尔曲线上的第一个控制点、第二个控制点和第三个控制点位于同一直线上。
优选地，贝塞尔曲线上的第四个控制点的横坐标的取值范围与方向盘转角范围成一一对应的关系。
优选地，样条曲线是通过三次样条插值获得。通过采用偏置三次样条插值的方法，同样使得生成轨迹的显示效果更接近真实的行使路线轨迹。
优选地，通过三次样条插值获得样条曲线的第二个控制点的y坐标的绝对值大于第一个控制点的y坐标的绝对值，同时小于第三个控制点的y坐标的绝对值。
优选地，通过三次样条插值获得样条曲线的第二个控制点的y坐标的绝对值等于第四个控制点的y坐标的绝对值的0.2倍，同时第三个控制点的y坐标的绝对值等于第四个控制点的y坐标的绝对值的0.5倍。
优选地，样条曲线生成轨迹的步骤，还包括：轨迹通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式实现动态显示效果。通过使用纹理坐标实现动态效果以及贴地的方向箭头显示行使轨迹，使得显示效果更加友好。
优选地，轨迹显示出来的效果是连续的方向箭头。
优选地，轨迹的方向箭头是紧贴地显示的。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
在自动驾驶系统无法提供或者很难提供准确和/或稳定的轨迹信息时，根据方向盘信息可以提供准确和/或稳定的可视化的方案。通过获取方向盘转角信息的方式，直接生成轨迹，显示效果友好。
附图说明
通过结合附图进行阅读，将会更好地了解以上概述以及以下详细描述。为了便于说明，附图中示出本公开的某些实施例。但是，应当理解，本发明并不局限于所示的准确布置和工具。结合到本说明书中并且构成其部分的附图示出按照本发明的系统和设备的实现，并且连同本描述一起用来说明按照本发明的优点和原理。
其中，
图1是本发明一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法的一个实施例的流程示意图。
图2是本发明一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法的另外一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
在详细说明本发明的至少一个实施例之前，要理解，本发明并不局限于它在以下描述中提出或者在附图中示出的构造的细节以及组件的布置的应用。提供附图和书面描述，以指导本领域的技术人员进行和使用对其寻求专利保护的本发明。本发明适用于其他实施例并且能够按照各种方式来实施和执行。本领域的技术人员将会理解，为了清楚起见和便于了解，并非示出一商业实施例的所有特征。本领域的技术人员还将会理解，结合本发明的方面的实际商业实施例的开发将要求许多实现特定判定来取得开发人员的商业实施例的最终目标。虽然这些工作会是复杂和费时的，但是这些工作是获益于本公开的领域的技术人员例行任务。
另外，要理解，本文所采用的用语和术语是为了便于描述，而不应当被视作限制。例如，单数术语、例如“一”、“一个”的使用不是意在限制项的数量。另外，非限制性地诸如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“侧”之类的关系术语的使用为了清楚起见而具体参照附图用于本描述中，而不是意在限制本发明或者所附权利要求书的范围。此外，应当理解，本发明的特征的任一个可单独地或者与其他特征结合使用。通过阅读附图和详细描述，本领域的技术人员将会清楚地知道本发明的其他系统、方法、特征和优点。预计所有这类其他系统、方法、特征和优点都包含在本描述之内，包含在本发明的范围之内，并且受到所附权利要求书保护。
结合图1所示，其示意性地根据本发明示出了自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法的实施方式。
具体步骤如下：
步骤S101：获取方向盘转角
通过方向信号获取自动驾驶车辆方向盘的转角θ。
在一些实施例中，方向信号可以通过角度传感器获取车辆的方向盘的转向角度。
在一些实施例中，方向信号同步将信号发送给自动驾驶系统和显示系统，这就使得与自动驾驶车辆方向盘形成转角的时间相比较，通过方向信号生成的轨迹早于或者同步于方向盘形成转角的时间。
在一些实施例中，可以通过获取其他类型的陆上运输工具和/或水上交通工具和/或空中飞行器的转角，如自行车，摩托车、三轮车、游艇、轮船、游览船等。
步骤S102：生成贝塞尔曲线
通过四个控制点作为贝塞尔曲线的四个控制点，生成贝塞尔曲线，即自动驾驶车辆轨迹的轮廓。具体方法如下：
四个控制点分别记为P0(0,0)，P1(0,y1)，P2(0,y2)，P3(x3,y_max)。其中点P0为自动驾驶车辆坐标系原点；点P1和点P2为y轴上的两个控制点，其中，y1决定了贝塞尔曲线的拐点位置，y2决定了贝塞尔曲线的光滑性；点P3的横坐标x3的值决定了贝塞尔曲线最大横向距离,其中，y_max的值决定了贝塞尔曲线的最大纵向距离。
在一些实施例中，自动驾驶车辆轨迹的轮廓可以是其他的样条曲线。
点P3的横坐标x3由自动驾驶车辆方向盘转角θ换算得到，具体如下：
将自动驾驶车辆方向盘的转角θ映射到[-x_max，x_max]区间，
其中，x_max的值设为3，
在一些实施例中，x_max的值可以设置为其他数值。
顺时针方向为方向盘转角θ的正方向，范围从0到180，当转角的值超过180时，按180处理；定义逆时针方向为方向盘转角θ的负方向，范围从-180到0，当转角的值小于-180时，按-180处理。
在一些实施例中，方向盘的转角范围区间直接为-180到+180，如赛道赛车的方向盘转角范围。
将曲线中任意一点表示为P(t)，t∈[0，1]，通过三阶贝塞尔函数计算出完整的曲线，
步骤S103：由曲线生成轨迹并被显示
曲线转化成一定宽度和长度的条状轨迹，通过引入图片素材，带有图片素材的轨迹被显示出来。
其在一些实施例中，显示出的轨迹的长度设置为步骤S102中的贝塞尔曲线长度的1/3或1/4。
为了使显示效果更佳，设置轨迹贴地显示。
在一些实施例中，通过设置图片素材的中心点在曲线上，即可得到一定宽度的轨迹。
在一些实施例中，为了显示效果更佳，可以将轨迹引入动态效果。比如通过设置纹理坐标随时间的变化而变化的方式实现动态效果，具体如下：
将曲线整体向两侧方向平移一定的距离，得到两条平行的曲线，即轨迹的边界线，其中，两条平行的曲线之间的距离就是轨迹的宽度；
通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式，实现动态效果。在一些实施例中，将曲线整体向一侧方向平移一定的距离，得到一条与原曲线平行的新曲线，两条曲线即轨迹的边界线，其中，两条平行的曲线之间的距离就是轨迹的宽度；
通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式，实现动态效果。
在一些实施例中，通过引入动态图片实现动态效果，如GIF格式的图片。
在一些实施例中，图片素材可以是单个方向箭头或者是两个同方向的箭头。
在上述实施方式的基础上，结合图2所示，其示意性地根据本发明示出了自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法的另一种实施方式。
具体步骤如下:
步骤S201：获取方向盘转角
通过方向信号获取自动驾驶车辆方向盘的转角。
在一些实施例中，方向信号可以通过角度传感器获取车辆的方向盘的转向角度。
在一些实施例中，方向信号同步将信号发送给自动驾驶系统和显示系统，这就使得与自动驾驶车辆方向盘形成转角的时间相比较，通过方向信号生成的轨迹早于或者同步于方向盘形成转角的时间。
在一些实施例中，可以通过获取其他类型的陆上运输工具和/或水上交通工具和/或空中飞行器的转角，如自行车，摩托车、三轮车、游艇、轮船、游览船等。
步骤S202：通过三次样条插值(Cubic Spline Interpolation)的方法，生成样条曲线
将四个控制点用三次样条插值(Cubic Spline Interpolation)生成样条曲线，即自动驾驶车辆轨迹的轮廓。具体方法如下：
四个控制点分别记为P0(0,0)，P1(x1,y1)，P2(x2,y2)，P3(x3,y_max)。其中点P0为自动驾驶车辆坐标系原点；设置点P1的横坐标x1为点P3的横坐标x3的0.2倍，即x1＝0.2*x3；设置点P2的横坐标x2为点P3的横坐标x3的0.5倍，即x2＝0.5*x3；通过对点P1的横坐标x1和点P2的横坐标x2进行如上设置，使得样条曲线更贴近自动驾驶车辆轨道的实际效果。
点P3的横坐标x3的值决定了样条曲线最大横向距离,其中，y_max的值决定了样条曲线的最大纵向距离。
在一些实施例中，设置点P1的横坐标x1为点P3的横坐标x3的0.3倍，即x1＝0.3*x3；设置点P2的横坐标x2为点P3的横坐标x3的0.6倍，即x2＝0.6*x3。同样，可以设置点P3的横坐标x3的0.25倍，即x1＝0.25*x3；设置点P2的横坐标x2为点P3的横坐标x3的0.55倍，即x2＝0.55*x3。
在一些实施例中，设置点P1的横坐标x1为点P3的横坐标x3的倍数区间为(0,1)，设置点P2的横坐标x2为点P3的横坐标x3的倍数区间为(0,1)，且同时满足x1的绝对值小于x2的绝对值。
步骤S103：由曲线生成轨迹并被显示
曲线转化成一定宽度和长度的条状轨迹，通过引入图片素材，带有图片素材的轨迹被显示出来。
在一些实施例中，显示出的轨迹的长度设置为步骤S102中的贝塞尔曲线长度的1/3或1/4。
为了使显示效果更佳，设置轨迹贴地显示。
在一些实施例中，通过设置图片素材的中心点在曲线上，即可得到一定宽度的轨迹。
在一些实施例中，为了显示效果更佳，可以将轨迹引入动态效果。比如通过设置纹理坐标随时间的变化而变化的方式实现动态效果，具体如下：
将曲线整体向两侧方向平移一定的距离，得到两条平行的曲线，即轨迹的边界线，其中，两条平行的曲线之间的距离就是轨迹的宽度；
通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式，实现动态效果。
在一些实施例中，将曲线整体向一侧方向平移一定的距离，得到一条与原曲线平行的新曲线，两条曲线即轨迹的边界线，其中，两条平行的曲线之间的距离就是轨迹的宽度；
通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式，实现动态效果。
在一些实施例中，通过引入动态图片实现动态效果，如GIF格式的图片。
在一些实施例中，图片素材可以是单个方向箭头或者是两个同方向的箭头。
本领域的技术人员将会理解，可对上述实施例进行变更，而没有背离其广义的发明概述。因此要理解，本文所公开的本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是意在涵盖如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的修改。

Claims (4)

1.一种自动驾驶系统中基于方向盘转角的轨迹显示方法，其特征在于，包括：
获取方向盘转角信息，
通过所述方向盘转角信息生成样条曲线，
通过所述样条曲线生成轨迹，并显示出来；
所述样条曲线是贝塞尔曲线；
所述贝塞尔曲线上的第一个控制点、第二个控制点和第三个控制点位于同一直线上；所述贝塞尔曲线上的第四个控制点的横坐标的取值范围与所述方向盘转角范围成一一对应的关系；
四个控制点分别记为P0(0,0)，P 1(0,y1)，P 2(0,y2)，P 3(x3,y_max)；其中点P 0为自动驾驶车辆坐标系原点；点P1和点P2为y轴上的两个控制点，其中，y1决定了贝塞尔曲线的拐点位置，y2决定了贝塞尔曲线的光滑性；点P3的横坐标x3的值决定了贝塞尔曲线最大横向距离,其中，y_max的值决定了贝塞尔曲线的最大纵向距离；点P3的横坐标x3由自动驾驶车辆方向盘转角θ换算得到，具体如下：
将自动驾驶车辆方向盘的转角θ映射到[-x_max，x_max]区间，
顺时针方向为方向盘转角θ的正方向，范围从0到180，当转角的值超过180时，按180处理；定义逆时针方向为方向盘转角θ的负方向，范围从-180到0，当转角的值小于-180时，按-180处理；
所述样条曲线是通过三次样条插值获得；
所述通过三次样条插值获得样条曲线的第二个控制点的y坐标的绝对值大于第一个控制点的y坐标的绝对值，同时所述第二个控制点的y坐标的绝对值小于第三个控制点的y坐标的绝对值；
所述通过三次样条插值获得样条曲线的第二个控制点的y坐标的绝对值等于第四个控制点的y坐标的绝对值的0.2倍，同时第三个控制点的y坐标的绝对值等于第四个控制点的y坐标的绝对值的0.5倍。
2.根据权利要求1中任一项所述的显示方法，其特征在于，所述样条曲线生成轨迹的步骤，还包括：
所述轨迹通过设置纹理坐标随时间变化而变化的方式实现动态显示效果。
3.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，所述轨迹显示出来的效果是连续的方向箭头。
4.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于，所述轨迹的方向箭头是紧贴地显示的。
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