CN113942505B - 一种车辆自适应巡航算法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆智能驾驶技术领域，涉及一种车辆自适应巡航算法。一种车辆自适应巡航算法由四部分组成，虚拟车道模块、前向目标融合模块、目标速度计算模块和速度控制模块。虚拟车道模块使用车速和方向盘转角预估虚拟车道；前向目标融合模块融合前向摄像头目标信息、前向雷达目标信息、虚拟车道信息输出领航目标信息；目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、车速及领航目标信息计算目标车速及目标减速度；速度控制模块使用目标车速及目标减速度计算油门踏板开度及刹车踏板开度；本发明涉及的车辆自适应巡航功能其开启不受低速度限制，支持0‑130km/h的工作范围，并支持停止或启动功能，适合高速路工况、快速路工况、城市拥堵路工况等多种工况。

Description

一种车辆自适应巡航算法

技术领域

本发明属于车辆智能驾驶技术领域，涉及一种车辆自适应巡航算法。

背景技术

目前多数车辆实现的自适应巡航算法多数需要有开启条件，例如有些需要在车辆速度大于等于40KM/h时，才可开启自适应巡航功能，在车辆速度小于40KM/h时，则退出自适应巡航功能。本发明涉及的车辆自适应巡航功能其开启不受低速度限制，支持0-130km/h的工作范围，并支持停止/启动功能，适合高速路工况、快速路工况、城市拥堵路工况等多种工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的场景局限问题，提供了一种车辆自适应巡航算法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种车辆自适应巡航算法，包括虚拟车道模块、前向目标融合模块、目标速度计算模块和速度控制模块；

所述虚拟车道模块使用车速和方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道；

所述前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息；

所述目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度；

所述速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的油门踏板开度及刹车踏板开度，完成当前车辆的速度控制。

进一步地，所述车辆自适应巡航算法的开启条件需同时满足：

(1)车辆速度V满足条件0≤V≤130km/h；

(2)并且，车辆方向盘转角δ满足条件-Δ≤δ≤Δ；

Δ代表方向盘转角的限值。

进一步地，所述车辆自适应巡航算法的退出条件选择如下之一：

(1)车辆速度V满足条件V＜0km/h或V＞130km/h；

(2)车辆方向盘转角δ满足条件δ＜-Δ或δ＞Δ；

其中Δ由当前车辆速度查一维表得出。

进一步地，所述虚拟车道模块使用当前车速和当前方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道，具体内容如下：

根据当前车辆速度计算出虚拟车道的宽度，模拟真实道路宽度信息：

当车辆速度V满足条件0≤V≤80km/h时，虚拟道路宽度L为3.5m；

当车辆速度V满足条件V＞80km/h时，虚拟道路宽度L为3.75m；根据当前方向盘转角、当前车速、车辆参数信息查表得出当前车辆的转向半径R1，依据转向半径R1模拟预测车辆未来一段距离内可行使的虚拟车道信息：

当转向半径R1满足条件R1＞1000m时，以转向半径R1为无穷大计算，即车辆虚拟车道为近似直车道，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息；

当转向半径R1满足条件R1≤1000m，以转向半径R1计算车辆虚拟车道的曲率，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息；其中d为当前车辆速度查一维表得出。

进一步地，所述前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息，具体内容如下：

前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息包含当前识别到的目标速度、方向角、坐标信息，使用卡尔曼滤波算法将同目标同类别信息进行融合，得到融合后的目标信息，将融合后的目标信息与虚拟车道信息进行结合，计算出在当前虚拟车道内且依虚拟车道估计纵向距离本车最近的目标，将此目标定义为领航目标。

优选地，当目标超过1/8部分在当前虚拟车道内，则定义此目标在当前虚拟车道内。

进一步地，所述目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、当前车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度，具体内容如下：

依据当前车速信息及领航目标信息计算出纵向速度差值V1，使用当前车辆速度V及纵向速度差值V1查二维表得到当前车辆与领航目标的目标纵向跟车距离d2；依据领航目标信息计算当前车辆与领航目标的实际纵向跟车距离d1。

进一步地，当d1≥d2时，目标车速Vd为驾驶员设定速度，目标减速度D1为0；

当d1＜d2时，目标速度Vd为领航目标速度，目标减速度D1为领航目标减速度(D2)+0.05m/s²。

进一步地，所述速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的目标油门踏板开度及目标刹车踏板开度，具体内容如下：

依据驾驶员设定驾驶模式查一维表得到加速度限值D3；

依据目标速度Vd及车辆实际速度V计算出油门踏板开度及刹车踏板开度：

当Vd＞V时，使用PI比例积分算法计算出初步油门踏板开度，依据当前车辆实际加速度D及加速度限值D3计算得出修正油门踏板开度，目标油门踏板开度为初步油门踏板开度加上修正油门踏板开度，目标刹车踏板开度为0；

当Vd≤V时，使用PI算法计算出初步刹车踏板开度，依据当前车辆实际减速度D及目标减速度D1计算得出修正刹车踏板开度，目标刹车踏板开度为初步刹车踏板开度加上修正刹车踏板开度，目标油门踏板开度为0。

优选地，所述领航目标的信息包括速度、方向角、坐标信息。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明涉及的车辆自适应巡航功能其开启不受低速度限制，支持0-130km/h的工作范围，并支持停止/启动功能，适合高速路工况、快速路工况、城市拥堵路工况等多种工况。

附图说明

图1为本发明所述车辆自适应巡航算法的框图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明涉及一种用于车辆自适应巡航功能的算法，该算法主要由四部分组成，虚拟车道模块、前向目标融合模块、目标速度计算模块和速度控制模块。

虚拟车道模块使用当前车速和当前方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道；前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息；目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、当前车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度；速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的油门踏板开度及刹车踏板开度，完成当前车辆的速度控制。

本发明涉及的一种车辆自适应巡航算法，其开启条件为(同时满足)：

(1)当车辆速度V满足条件0≤V≤130km/h；

(2)并且，当前车辆方向盘转角δ满足条件-Δ≤δ≤Δ；

本发明涉及的一种车辆自适应巡航算法，其退出条件为(任一满足)：

(3)当车辆速度V满足条件V＜0km/h或V＞130km/h；

(4)当前车辆方向盘转角δ满足条件δ＜-Δ或δ＞Δ；

其中Δ由当前车辆速度查一维表得出。

Δ代表方向盘转角的限值，此值与速度相关，可由速度查询一个表格得出，此表格因为是单输入单输出，因此是一维表，例如，当速度为5km/h时，Δ为30°，当速度为20km/h时，Δ为15°，速度处在5km/h-20km/h之间时采用线性插值算法进行计算得出Δ值。

虚拟车道模块使用当前车速和当前方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道。

首先根据当前车辆速度计算出虚拟车道的宽度，模拟真实道路宽度信息：

当车辆速度V满足条件0≤V≤80km/h时，虚拟道路宽度L为3.5m；

当车辆速度V满足条件V＞80km/h时，虚拟道路宽度L为3.75m。根据当前方向盘转角、当前车速、车辆参数等信息查表得出当前车辆的转向半径R1，依据转向半径R1模拟预测车辆未来一段距离内可行使的虚拟车道信息：

当转向半径R1满足条件R1＞1000m时，以转向半径R1为无穷大计算，即车辆虚拟车道为近似直车道，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息；

当转向半径R1满足条件R1≤1000m，以转向半径R1计算车辆虚拟车道的曲率，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息。其中d为当前车辆速度查一维表得出。

前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息。

前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息包含当前识别到的目标速度、方向角、坐标等信息，使用卡尔曼滤波算法(不限制算法类别)将同目标同类别信息进行融合，得到融合后的目标信息，将融合后的目标信息与虚拟车道信息进行结合，计算出在当前虚拟车道内(当目标超过1/8部分在当前虚拟车道内，则定义此目标在当前虚拟车道内)且依虚拟车道估计纵向距离本车最近的目标，将此目标定义为领航目标，领航目标信息，包括速度、方向角、坐标等信息。

目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、当前车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度。

依据当前车速信息及领航目标信息计算出纵向速度差值V1，使用当前车辆速度V及纵向速度差值V1查二维表得到当前车辆与领航目标的目标纵向跟车距离d2。依据领航目标信息计算当前车辆与领航目标的实际纵向跟车距离d1。

当d1≥d2时，目标车速Vd为驾驶员设定速度，目标减速度D1为0；

当d1＜d2时，目标速度Vd为领航目标速度，目标减速度D1为领航目标减速度(D2)+0.05m/s²。

这里目标纵向跟车距离d2与当前车辆速度V及纵向速度差值V1均有关系，因此可以用两输入单输出的表格来表示，这个表格是一个二维表，例如当前车辆速度V为10km/h、纵向速度差值V1为9km/h时，d2为15m，当前车辆速度V为40km/h、纵向速度差值V1为2km/h时，d2为12m，依次类推可形成例如10*10的二维表格，其他未明确的值采用线性插值算法进行计算。

速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的目标油门踏板开度及目标刹车踏板开度。

依据驾驶员设定驾驶模式查一维表得到加速度限值D3。

依据目标速度Vd及车辆实际速度V计算出油门踏板开度及刹车踏板开度：当Vd＞V时，使用PI算法(不限制算法类别)计算出初步油门踏板开度，依据当前车辆实际加速度D及加速度限值D3计算得出修正油门踏板开度，目标油门踏板开度为初步油门踏板开度加上修正油门踏板开度，目标刹车踏板开度为0；当Vd≤V时，使用PI算法(不限制算法类别)计算出初步刹车踏板开度，依据当前车辆实际减速度D及目标减速度D1计算得出修正刹车踏板开度，目标刹车踏板开度为初步刹车踏板开度加上修正刹车踏板开度，目标油门踏板开度为0。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种车辆自适应巡航算法，其特征在于：包括虚拟车道模块、前向目标融合模块、目标速度计算模块和速度控制模块；

所述虚拟车道模块使用车速和方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道；

所述前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息；

所述目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度；

所述速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的油门踏板开度及刹车踏板开度，完成当前车辆的速度控制；

所述车辆自适应巡航算法的开启条件需同时满足：

(1)车辆速度V满足条件0≤V≤130km/h；

(2)并且，车辆方向盘转角δ满足条件-Δ≤δ≤Δ；

Δ代表方向盘转角的限值；

所述车辆自适应巡航算法的退出条件选择如下之一：

(1)车辆速度V满足条件V＜0km/h或V＞130km/h；

(2)车辆方向盘转角δ满足条件δ＜-Δ或δ＞Δ；

其中Δ由当前车辆速度查一维表得出；

所述虚拟车道模块使用当前车速和当前方向盘转角预估计算当前车辆未来一段距离内可行驶的虚拟车道，具体内容如下：

根据当前车辆速度计算出虚拟车道的宽度，模拟真实道路宽度信息：

当车辆速度V满足条件0≤V≤80km/h时，虚拟道路宽度L为3.5m；

当车辆速度V满足条件V＞80km/h时，虚拟道路宽度L为3.75m；根据当前方向盘转角、当前车速、车辆参数信息查表得出当前车辆的转向半径R1，依据转向半径R1模拟预测车辆未来一段距离内可行使的虚拟车道信息：

当转向半径R1满足条件R1＞1000m时，以转向半径R1为无穷大计算，即车辆虚拟车道为近似直车道，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息；

当转向半径R1满足条件R1≤1000m，以转向半径R1计算车辆虚拟车道的曲率，估计并输出长度为d、宽度为L的虚拟车道信息；其中d为当前车辆速度查一维表得出。

2.根据权利要求1所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于，

所述前向目标融合模块使用前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息进行目标融合，之后结合虚拟车道信息输出领航目标信息，具体内容如下：

前向摄像头目标信息及前向毫米波雷达目标信息包含当前识别到的目标速度、方向角、坐标信息，使用卡尔曼滤波算法将同目标同类别信息进行融合，得到融合后的目标信息，将融合后的目标信息与虚拟车道信息进行结合，计算出在当前虚拟车道内且依虚拟车道估计纵向距离本车最近的目标，将此目标定义为领航目标。

3.根据权利要求2所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于，

当目标超过1/8部分在当前虚拟车道内，则定义此目标在当前虚拟车道内。

4.根据权利要求3所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于，

所述目标速度计算模块使用驾驶员设定速度、当前车速及领航目标信息计算得出当前车辆的目标车速及目标减速度，具体内容如下：

依据当前车速信息及领航目标信息计算出纵向速度差值V1，使用当前车辆速度V及纵向速度差值V1查二维表得到当前车辆与领航目标的目标纵向跟车距离d2；依据领航目标信息计算当前车辆与领航目标的实际纵向跟车距离d1。

5.根据权利要求4所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于：

当d1≥d2时，目标车速Vd为驾驶员设定速度，目标减速度D1为0；

当d1＜d2时，目标速度Vd为领航目标速度，目标减速度D1为领航目标减速度(D2)+0.05m/s2。

6.根据权利要求5所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于，

所述速度控制模块使用车辆的目标车速及目标减速度计算得出当前车辆的目标油门踏板开度及目标刹车踏板开度，具体内容如下：

依据驾驶员设定驾驶模式查一维表得到加速度限值D3；

依据目标速度Vd及车辆实际速度V计算出油门踏板开度及刹车踏板开度：

当Vd＞V时，使用PI比例积分算法计算出初步油门踏板开度，依据当前车辆实际加速度D及加速度限值D3计算得出修正油门踏板开度，目标油门踏板开度为初步油门踏板开度加上修正油门踏板开度，目标刹车踏板开度为0；

当Vd≤V时，使用PI算法计算出初步刹车踏板开度，依据当前车辆实际减速度D及目标减速度D1计算得出修正刹车踏板开度，目标刹车踏板开度为初步刹车踏板开度加上修正刹车踏板开度，目标油门踏板开度为0。

7.根据权利要求2所述的一种车辆自适应巡航算法，其特征在于：

所述领航目标的信息包括速度、方向角、坐标信息。