CN113971846A - 一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法及装置。首先根据卫星定位系统的定位信息确定车辆位置，根据车辆位置，确定参考线位置；然后根据惯性定位系统的定位信息，确定一个周期的车辆位置变化信息，并结合根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线位置，估算出当前周期的参考线位置；最后将根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置与估算出的当前周期的参考线位置进行比较，若两者的位置偏差大于第一位置偏差阈值，则确定车辆的卫星定位系统失效。本发明简单，可快速识别出卫星定位系统是否失效，保证了车辆的安全行驶。

Description

一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法及装置

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法及装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，自动驾驶技术逐渐兴起。自动驾驶作为汽车产业与人工智能、物联网、高性能计算等新一代信息技术深度融合的产物，是全球汽车与交通出行领域智能化和网联化发展的主要方向。

为了完成车辆的各项自动驾驶功能，自动驾驶的定位功能是需要首要实现的功能，定位能力的高低直接影响自动驾驶车辆的智能化。目前，自动驾驶车辆常用的为GPS定位技术，GPS能够实时提供车辆的三维位置、速度等信息，实现对车辆的定位。但是，GPS定位技术并非全能的，在一些隧道、山区等信号不佳的地方，GPS定位技术将会因卫星定位信号受阻而出现定位不准、甚至失效的情况。如若在自动驾驶过程中定位出现故障，自动驾驶车辆将无法知道自己所在位置，无法根据所在位置规划路线以及继续行驶，降低自动驾驶的可靠性和安全性。

例如申请公布号为CN110895407A的中国发明专利公开了一种融合摄像与定位的自动驾驶车辆运行控制方法，该方法判断定位系统失效时，控制引导车辆行驶信息的来源切换为车道视觉识别系统，根据车道视觉识别系统采集的车道线信息引导车辆继续行驶。该方法可在定位系统失效的情况下通过切换来源仍可保证车辆的正常运行，但如何确定定位系统是否失效却未给出。如若判断不准，例如定位系统已失效但却判断为定位系统未失效，仍旧根据定位系统采集的信息引导车辆行驶，无法保证车辆的可靠性和安全性。

发明内容

本发明提供了一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法及装置，用以解决判断定位系统失效与否不准造成的车辆安全性和可靠性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法，包括如下步骤：

1)根据卫星定位系统的定位信息确定车辆位置，根据车辆位置，确定参考线位置；

2)根据惯性定位系统的定位信息，确定一个周期的车辆位置变化信息，并结合根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线位置，估算出当前周期的参考线位置；

3)将根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置与估算出的当前周期的参考线位置进行比较，若两者的位置偏差大于第一位置偏差阈值，则确定车辆的卫星定位系统失效。

上述技术方案的有益效果为：本发明利用车辆与参考线上某一点的相对位置变化量仅由车辆本身的相对位置量变化决定，在惯性定位系统的定位信息好确定一个周期的车辆位置变化信息后，便可结合根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线位置，估算出当前周期的参考线位置，再将其与根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置进行比较，偏差较大时便可确定车辆的卫星定位系统失效。该方法简单，可快速识别出卫星定位系统是否失效，保证了车辆的安全行驶。

进一步的，步骤3)中，为了识别出卫星定位系统是否出现缓慢偏移，若位置偏差小于等于位置偏差阈值，则在第一设定时间内继续将根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置进行比较，若第一设定时间内位置偏差出现异常的次数大于次数阈值，则确定车辆的卫星定位系统失效，否则确定车辆的卫星定位系统有效；其中，位置偏差出现异常指的是根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置的位置偏差大于第二位置偏差阈值，且第二位置阈值小于第一位置偏差阈值。

进一步的，其特征在于，仅在更新根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置第二设定时间后，才执行步骤1)。

进一步的，其特征在于，在确定车辆的卫星定位系统失效后，以失效前根据卫星定位系统确定的参考线位置作为根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置。

进一步的，步骤2)中，所述一个周期的车辆位置变化信息为：

其中，

为车辆的航向角变化量，Δt为周期大小，ω为车辆上一周期的横摆角速度，Δx为车辆的横向位移变化量，Δy为车辆的纵向位移变化量，v为车辆上一周期的速度，a为车辆上一周期的加/减速度，

为车辆上一周期的航向角。

进一步的，所述估算出当前周期的参考线位置为：

其中，(x_road(i)，y_road(i))为估算出当前周期的参考线位置上第i点的位置，i＝1,2,…,L_road，L_road为参考线的长度；(x_{road_0}(i)，y_{road_0}(i))为根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线上第i点的位置；(Δx,Δy)为一个周期的车辆位置变化量。

本发明还提供了一种自动驾驶车辆的定位失效检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，并达到以该方法相同的效果。

附图说明

图1是本发明的自动驾驶车辆的整体控制框图；

图2是本发明的自动驾驶车辆的定位失效检测方法的流程图；

图3是本发明的自动驾驶车辆的定位失效检测装置的结构图。

具体实施方式

本发明涉及两方面内容，一是车辆定位失效检测，二是车辆主动避险控制。

1)定位失效检测为：

在自动驾驶车辆行驶过程中，参考线(可以是车道中心线、车道边界线、或是由程序生成的其他参考线等)是其行驶过程中相对位置确定的重要参考之一，用于辅助车辆行驶。车辆与参考线上某一点的相对位置变化量仅由车辆本身的相对位置量变化决定的。基于该方面内容，可以根据当前周期相较于上一周期的车辆位置变化信息，来确定一条参考线，称为车辆模型转换参考线；同时，还可根据车辆中的卫星定位系统得到一条参考线，称为定位转换参考线。根据车辆模型转换参考线和定位转换参考线之间的差异来判断定位是否发生偏移，进而判断卫星定位系统是否发生定位失效。

2)车辆主动避险控制包括：

在判断定位失效时，读取失效前的保存的根据卫星定位系统确定的参考线，以保证自动驾驶车辆的行驶安全性。

基于上述内容，可实现本发明的一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法和一种自动驾驶车辆的定位失效检测装置。下面结合附图和实施例，进行详细介绍。

方法实施例：

本发明的一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法实施例，如图1、2所示，该自动驾驶车辆的定位系统包括惯性定位系统和卫星定位系统(例如GPS定位系统)，结合这两种定位系统的输出来判断卫星定位系统是否发生定位失效。整个系统计算时的周期为Δt。

步骤一，对卫星定位系统确定的参考线位置进行更新，第一计时器开始计时，计时达到第二设定时间时(计时器的计数大于M)，开始执行步骤二，同时该计时器清零。

步骤二，根据卫星定位系统的定位信息确定车辆的位置，根据车辆的位置结合地图信息确定参考线位置，包括上一周期的参考线位置和当前周期的参考线位置，并称根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线为定位转换参考线。需说明的是，系统在起动时加载离线地图，地图包含完整的大地坐标系下的参考线信息，车辆在行驶过程中，系统根据当前车辆定位信息实时推送车辆前一段固定长度的参考线，然后将这一段参考线的位置由大地坐标系下转换到车体坐标系下，以结合定位信息和地图信息确定参考线。

步骤三，根据惯性定位系统检测的上一周期信息，包括车辆的速度v(m/s)、车辆的横摆角速度ω(rad/s)、车辆的加/减速度a(m/s²)、以及车辆的航向角

确定一个周期Δt内的车辆位置变化信息，包括车辆的横纵向位移变化量Δx、Δy，以及车辆的航向角变化量

具体公式为：

步骤三，根据一个周期Δt内的车辆位置变化信息(包括Δx和Δy)以及根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线位置，估算出当前周期的参考线位置，将该参考线称为车辆模型转换参考线。例如，基于根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线上某一点的坐标为(x_road(i)，y_road(i))(i＝1,2,…,L_road)，L_road为该参考线的长度，该点一般为参考线上距离车辆最近的点，则估算出当前周期的参考线上该点的坐标为：

其中，(x_{road_0}(i)，y_{road_0}(i))为估算出的当前周期的参考线上第i点的坐标。该公式是以车辆为参考的，参考线相对于车辆是向反方向移动，在该公式中参考线的相对位置与车辆的相对位移是相反的关系。

步骤四，将步骤二中得到的定位转换参考线的位置与步骤三中估算出的车辆模型转换参考线的位置进行比较：若两者的位置偏差大于第一位置偏差阈值，则说明卫星定位系统发生定位突变，便可直接确定车辆的卫星定位系统发生定位失效，执行步骤六；否则，由于可能发生缓慢变化偏移，还需继续判断，执行步骤五。

步骤五，第二计时器开始计时，在计时达到第一设定时间T的时间内，继续按照步骤二、三、四的处理方式对根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置进行比较，统计该时间内位置偏差出现异常的次数：若次数大于次数阈值N，则说明定位发生缓慢偏移，这是因为单个周期的参考线变化较小，通过一段时间误差累积，使误差积累到一定程度，便可判断出定位是否发生偏移；否则，说明定位有效。其中，这里位置偏差出现异常指的是根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置的位置偏差大于第二位置偏差阈值，且第二位置阈值小于第一位置偏差阈值。

步骤六，步骤四或者步骤五中，确定卫星定位系统发生定位失效的情况下，失效前根据卫星定位系统确定的参考线位置作为根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置，进行后续的处理。

装置实施例：

该实施例提供了一种自动驾驶车辆的定位失效检测装置，如图3所示，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信。

处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。

存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。

处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以实现一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法。在方法实施例中对该方法做了详细介绍。

Claims (7)

1.一种自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据卫星定位系统的定位信息确定车辆位置，根据车辆位置并结合地图信息，确定参考线位置；

2)根据惯性定位系统的定位信息，确定一个周期的车辆位置变化信息，并结合根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线位置，估算出当前周期的参考线位置；

3)将根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置与估算出的当前周期的参考线位置进行比较，若两者的位置偏差大于第一位置偏差阈值，则确定车辆的卫星定位系统失效。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，步骤3)中，若位置偏差小于等于位置偏差阈值，则在第一设定时间内继续将根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置进行比较，若第一设定时间内位置偏差出现异常的次数大于次数阈值，则确定车辆的卫星定位系统失效，否则确定车辆的卫星定位系统有效；其中，位置偏差出现异常指的是根据卫星定位系统确定的参考线位置与对应的估算出的参考线位置的位置偏差大于第二位置偏差阈值，且第二位置阈值小于第一位置偏差阈值。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，仅在更新根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置第二设定时间后，才执行步骤1)。

4.根据权利要求1或2所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，在确定车辆的卫星定位系统失效后，以失效前根据卫星定位系统确定的参考线位置作为根据卫星定位系统确定的当前周期的参考线位置。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，步骤2)中，所述一个周期的车辆位置变化信息为：

其中，

为车辆的航向角变化量，Δt为周期大小，ω为车辆上一周期的横摆角速度，Δx为车辆的横向位移变化量，Δy为车辆的纵向位移变化量，v为车辆上一周期的速度，a为车辆上一周期的加/减速度，

为车辆上一周期的航向角。

6.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法，其特征在于，所述估算出当前周期的参考线位置为：

其中，(x_road(i)，y_road(i))为估算出当前周期的参考线位置上第i点的位置，i＝1,2,…,L_road，L_road为参考线的长度；(x_{road_0}(i)，y_{road_0}(i))为根据卫星定位系统确定的上一周期的参考线上第i点的位置；(Δx,Δy)为一个周期的车辆位置变化量。

7.一种自动驾驶车辆的定位失效检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如权利要求1～6任一项所述的自动驾驶车辆的定位失效检测方法。

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