CN113788017A - 一种车道保持控制方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车道保持控制方法、系统、电子设备及存储介质，该方法包括：以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；对车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。从而可以实现车辆最优控制参数的输出，对车辆偏离车道线进行主动控制，提升车辆控制的准确性和稳定性，保障行车安全。
Description
技术领域
本发明属于车辆控制领域，尤其涉及一种车道保持控制方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
车辆在高速行驶过程中，易因驾驶员注意力不集中等原因导致车辆偏离车道，发生交通事故。随着车辆的智能化，必要要求车辆具备车道保持能力。
当前，常见的车道保持方法中，多是根据车辆当前的行驶状况，及路面采集信息，实时调整车辆航向角等驾驶参数，这种方式虽然可以动态保持车辆在车道内行驶，但难以保障最优控制参数输出。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种车道保持控制方法、系统、电子设备及存储介质，用于解决现有的车道保持控制难以保障最优控制参数输出问题。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种车道保持控制方法，包括：
以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
对车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
在本发明实施例的第二方面，提供了一种车道保持控制系统，包括：
预瞄点选取模块，用于以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
PID控制模块，用于选取车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
转向角计算模块，用于通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
在本发明实施例的第三方面，提供了一种装置，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如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。
在本发明实施例的第四方面，提供了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本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。
本发明实施例中，通过构建多个预瞄点的PID控制，并基于遗传算法迭代求解最优控制参数，从而可以实现车辆偏离转向的主动控制，保障最优控制参数输出，提高车辆控制的准确性，并保证车辆行驶安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种车道保持控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种平面坐标系示意图；
图3为本发明的实施例提供的一种车道保持控制系统的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种车道保持控制方法的流程示意图，包括：
S101、以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
具体的，如图2所示，以车载摄像头为原点，车辆前进方向为X轴，车道横向方向为Y，建立平面坐标系。
所述预瞄点为车辆行驶方向上，相机视角下道路面中特定位置的点，其可以在相机视角下预先标注预瞄点位置，也可以根据实时采集的图像进行预瞄点选取。
其中，计算同一直线上预定数量的预瞄点相对于两侧车道线的横向偏移距离，将预瞄点的横向偏移距离乘以相应的权重系数，对加权后各预瞄点的横向偏移距离求和。
示例性的，计算n个预瞄点的横向偏离距离N1、N2....Nn，假设n个预瞄点权重为w1、w2、......、wn，则加权后的横向距离r为：r＝w1N1+w2N2+.....wnNn。
S102、对车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
其中，以车辆行驶时间分别乘以航向角的误差绝对值积分、横向偏离距离的误差绝对值积分，对两者的乘积求和作为PID优化目标函数。
具体的，选取航向角和横向偏离距离进行PID比例、积分、微分控制，以航向角和偏离距离的时间乘以误差绝对值积分作为PID优化目标函数，如下式所示：
式中，C、K为权重系数，G(τ)为τ时刻横向偏差，D(τ)为τ时刻航向角偏差，f为控制系统性能目标函数。
S103、通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
所述遗传算法将要解决的问题模拟成一个生物进化的过程，通过复制、交叉、突变等操作产生下一代的解，并逐步淘汰掉适应度函数值低的解，增加适应度函数值高的解，这样进化N代后就可以得到最优的个体。
具体的，构建PID控制参数对应的种群，选择相应的算子、多点交叉和变异选择，基于PID优化目标函数，迭代计算出最优PID控制参数，即求出组合参数kp,ki,kd。。
进一步的，根据公式计算转向角：s＝kp*(e+r)+ki(e+r)+kd(e+r)；
式中，s为转向角，kp为PID比例，ki为PID积分，kd为PID微分，e为车辆航向角，r为横向距离。
本实施例中，采用多点预瞄的PID控制，并基于遗传算法求解最优控制参数，可以提高车辆控制稳定性和车辆控制精确性，保障车辆的行驶安全。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图3为本发明实施例提供的一种车道保持控制系统的结构示意图，该系统包括：
预瞄点选取模块310，用于以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
其中，所述根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离包括：
计算同一直线上预定数量的预瞄点相对于两侧车道线的横向偏移距离，将预瞄点的横向偏移距离乘以相应的权重系数，对加权后各预瞄点的横向偏移距离求和。
PID控制模块320，用于选取车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
其中，所述设定PID控制参数对应的优化目标函数包括：
以时间分别乘以航向角的误差绝对值积分、横向偏离距离的误差绝对值积分，对两者的乘积求和作为PID优化目标函数。
转向角计算模块330，用于通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
其中，所述通过遗传算法优化PID控制参数包括：
构建PID控制参数对应的种群，选择相应的算子、多点交叉和变异选择，基于PID优化目标函数，迭代计算出最优PID控制参数。
进一步的，所述根据最优PID控制参数计算车辆转向角具体为：
根据公式计算转向角：
s＝kp*(e+r)+ki(e+r)+kd(e+r)；
式中，s为转向角，kp为PID比例，ki为PID积分，kd为PID微分，e为车辆航向角，r为横向距离。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程可以参考前述方法实施例中对应的过程，在此不再赘述。
图4是本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。所述电子设备用于车道保持控制。如图4所示，该实施例的电子设备4包括：存储器410、处理器420以及系统总线430，所述存储器410包括存储其上的可运行的程序4101，本领域技术人员可以理解，图4中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，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。
下面结合图4对电子设备的各个构成部件进行具体的介绍：
存储器410可用于存储软件程序以及模块，处理器420通过运行存储在存储器410的软件程序以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。存储器410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电子设备的使用所创建的数据(比如缓存数据)等。此外，存储器410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410上包含网络请求方法的可运行程序4101，所述可运行程序4101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410中，并由处理器420执行，以实现车辆行驶控制等，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4101在所述电子设备4中的执行过程。例如，所述计算机程序4101可以被分割为预瞄点选取模块、PID控制模块和转向角计算模块。
处理器420是电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器410内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器410内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体状态监控。可选的，处理器420可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器420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420中。
系统总线430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420的指令通过总线传递至存储器410，存储器410反馈数据给处理器420，系统总线430负责处理器420与存储器410之间的数据、指令交互。当然系统总线430还可以接入其他设备，例如网络接口、显示设备等。
在本发明实施例中，该电子设备所包括的处理420执行的可运行程序包括：
以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
对车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
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。
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)
1.一种车道保持控制方法，其特征在于，包括：
以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
对车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离包括：
计算同一直线上预定数量的预瞄点相对于两侧车道线的横向偏移距离，将预瞄点的横向偏移距离乘以相应的权重系数，对加权后各预瞄点的横向偏移距离求和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定PID控制参数对应的优化目标函数包括：
以车辆行驶时间分别乘以航向角的误差绝对值积分、横向偏离距离的误差绝对值积分，对两者的乘积求和作为PID优化目标函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过遗传算法优化PID控制参数包括：
构建PID控制参数对应的种群，选择相应的算子、多点交叉和变异选择，基于PID优化目标函数，迭代计算出最优PID控制参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据最优PID控制参数计算车辆转向角具体为：
根据公式计算转向角：
s＝kp*(e+r)+ki(e+r)+kd(e+r)；
式中，s为转向角，kp为PID比例，ki为PID积分，kd为PID微分，e为车辆航向角，r为横向距离。
6.一种车道保持控制系统，其特征在于，包括：
预瞄点选取模块，用于以车载相机为坐标原点建立平面坐标系，在车辆行驶方向上选取预定数量的预瞄点，根据车辆两侧车道线位置加权计算预瞄点的横向偏移距离；
PID控制模块，用于选取车辆航向角和横向偏移距离进行PID控制，并设定PID控制参数对应的优化目标函数；
转向角计算模块，用于通过遗传算法优化PID控制参数，并根据最优PID控制参数计算车辆转向角。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述设定PID控制参数对应的优化目标函数包括：
以车辆行驶时间分别乘以航向角的误差绝对值积分、横向偏离距离的误差绝对值积分后，对两者的乘积求和作为PID优化目标函数。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述根据最优PID控制参数计算车辆转向角具体为：
根据公式计算转向角：
s＝kp*(e+r)+ki(e+r)+kd(e+r)；
式中，s为转向角，kp为PID比例，ki为PID积分，kd为PID微分，e为车辆航向角，r为横向距离。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述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5任一项所述车道保持控制方法的步骤。
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，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至5任一项所述车道保持控制方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211214 |