CN115683116A - 前车轨迹生成方法及模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前车轨迹生成方法，包括：感知目标，判断是新目标还是历史目标；若为新目标且存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；若是历史有效目标，则将该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点；通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。本发明能够快速生成跟车轨迹，能够实现跟车过程中的平稳性，并抑制跟车和跟线切换时的突变现象，能够增强辅助驾驶功能在复杂场景中的鲁棒性和安全性。

Description

前车轨迹生成方法及模块

技术领域

本发明涉及一种汽车领域，特别是涉及一种智能驾驶技术中的前车轨迹生成方法；以及，一种前车轨迹生成模块。

背景技术

近年来，随着智能驾驶行业的迅猛发展，城市和乡村路况的低速辅助驾驶功能需求越来越大，但仅基于车道线信息的居中功能在遭遇车道线不清晰，没有引导线的路口以及车道线被道路车辆遮盖等特殊场景时，鲁棒性会大大降低，影响驾乘人员的用车感受。前车轨迹规划算法可以根据前置摄像头输入的前车信息，快速规划出满足跟车需求的路径信息，用于替代居中功能需求的车道线信息，确保横向功能整体的鲁棒性要求。

同时，前车轨迹规划算法考虑跟车过程中，前方目标不断切换的复杂场景，以保证跟车舒适性的同时避免出现跟车风险。因此，考虑复杂场景，且能够快速生成前车轨迹的、稳定的轨迹规划算法是低速辅助驾驶中不可或缺的组成部分，具有非常广阔的应用前景。

在现有的低速辅助驾驶功能中，形成轨迹生成主要包括下述两种设计思路：

1.在遇到车道线不清晰，没有引导线的路口等特殊工况时，辅助驾驶功能将放弃对车辆的控制，而是提醒驾驶员接管，大大降低了功能的鲁棒性；

2.通过摄像头输入的在径行车(自车路径最近车辆)的位置信息，简单使用最小二乘法拟合在径行车轨迹，但生成轨迹慢，忽略前车目标切换以及过拟合等行为都将在跟车过程中带来驾驶风险。

因此，一种提高功能鲁棒性的同时，保证功能舒适性以及安全性的轨迹规划算法就必不可少。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种在车道线缺失和/或复杂场景下能快速准确生成跟车需求的前车轨迹生成方法。

以及，一种在车道线缺失和/或复杂场景下能快速准确生成跟车需求的前车轨迹生成模块。

为解决上述技术问题，本发明提供的前车轨迹生成方法，包括以下步骤：

S1，感知目标，判断是新目标还是历史目标；

S2，若为新目标且存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将当前该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；进一步的说明：轨迹是由车辆位置组成的点拟合而成的，因此，当目标位置更新且为历史目标时，将其更新到上一时刻的信息中用于后续的拟合；若是历史无效目标，则不处理；

S3，通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点；

S4，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成方法，所述指定轨迹是抛物线。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成方法，所述轨迹点采用等分方式布置。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成方法，步骤S4包括以下子步骤：

S4.1，构建目标函数：目标函数＝∑(观测值-理论值)²；

观测值为通过骤S1和S2得到的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

S4.2,得到使目标函数得到最小值所对应的拟合函数；

S4.3,形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；

j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。。

为解决上述技术问题，本发明提供一种前车轨迹生成模块，包括：

接收单元，其自感知系统接收目标信息，所述目标信息包括位置信息、索引信息和有效性；

判断单元，判断是新目标还是历史目标；

轨迹生成单元，若为新目标且不存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将当前该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

拟合单元，其通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成模块，所述指定轨迹是抛物线。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成模块，所述轨迹点采用等分方式布置。

可选择的，进一步改进所述的前车轨迹生成模块，拟合单元采用以下方式形成跟车行驶轨迹：

构建目标函数：目标函数＝∑(观测值-理论值)²；

观测值为轨迹生成单元输出的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

得到使目标函数得到最小值所对应的拟合函数；

形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；

j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。

本发明在车道线不清晰和/或复杂场景中(例如路口等)，为了提高辅助驾驶功能的稳定性，基于环境感知传感器(例如摄像头)输入的目标信息(包括位置、索引以及有效性等)，通过新目标及其有效性判断、指定前车轨迹、拟合函数等技术手段快速生成满足居中控制需求的行驶轨迹，用于自车的居中行驶的技术问题。

本发明能够快速生成跟车轨迹，可以实现功能的快速响应，及时弥补特殊场景的居中性能；通过带约束的最小二乘曲线拟合，生成忽略曲率变化率的平滑跟车轨迹，能够实现跟车过程中的平稳性，并抑制跟车和跟线切换时的突变现象；详细的信息筛选逻辑，能够实现跟车目标的切换，消除跟车过程中切入和切出工况导致的驾驶风险，能够增强辅助驾驶功能在复杂场景中的鲁棒性和安全性。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明目标筛选流程示意图。

图2是本发明原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。

第一实施例；

本发明提供一种前车轨迹生成方法，包括以下步骤：

S1，感知目标，判断是新目标还是历史目标；

S2，若为新目标且存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将当前该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

S3，通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点；

S4，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

第二实施例；

本发明提供一种前车轨迹生成方法，包括以下步骤：

S1，感知目标，判断是新目标还是历史目标；

S2，若为新目标且存在历史轨迹(切入场景)，对超过新的目标位置的历史轨迹进行整理，即将新目标融合到其历史轨迹中；

若为新目标且不存在历史轨迹(初始目标)，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹，本实施例假设当前轨迹为抛物线；

若是历史有效目标，则将当前该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

为了在复杂场景中(车道线不清晰、路口等)提高功能的鲁棒性，保证在车道线信息无效的情况下，能够快速生成前车的轨迹信息是非常必要的。但在某些特殊的场景中(比如：前车在路口静止起步)此时没有前车的历史轨迹，按照现有技术是无法拟合出满足需求的前车轨迹。因此，在该场景下，本实施例假设前车轨迹是抛物线，通过自车位置和前车位置可以计算出前车的轨迹用于快速跟车；

S3，通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点；

轨迹点采用在抛物线上等分取适量的方式布置，例如抛物线等分30个点，生成前车的轨迹点集合，并计数为30；

S4，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

判断目标轨迹点的数量是否满足进一步进行目标轨迹拟合，不满足条件时reset该轨迹，等价于轨迹清0；

为了避免拟合出更平滑的曲线，满足跟车的舒适性要求，引入带约束的最小二乘方法，计算出在约束条件下的前车轨迹曲线的多项式系数以及误差平方；

使用均方误差计算所生成的目标轨迹的置信度信息，作为后续轨迹可靠性的判断依据，具体过程如下：

使用带约束的最小二乘法拟合二次多项式曲线用于跟车行驶(通过测试发现带曲率变化率项的三次多项目稳定性更差)。最小二乘法是一种在误差估计、不确定度、系统辨识及预测、预报等数据处理诸多学科领域得到广泛应用的数学工具，构建目标函数形式如下：

目标函数＝∑(观测值-理论值)²

观测值为通过步骤S1和S2得到的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

目标是得到使损失函数得到最小值所对应的拟合函数。而考虑跟车过程的舒适性，忽略曲率变化率变化带来的跟车过程中的方向盘抖动现象，二次多项式被选用为拟合函数，且为了避免过拟合现象，通过引入L2正则化项，降低过拟合(避免某些极端工况的出现)，最终形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；

j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。

第三实施例；

本发明提供一种前车轨迹生成模块，其能基于现有技术的硬件和计算机编程技术手段实现，包括：

接收单元，其自感知系统接收目标信息，所述目标信息包括位置信息、索引信息和有效性；

判断单元，判断是新目标还是历史目标；

轨迹生成单元，若为新目标且不存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

拟合单元，其通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

第三实施例；

本发明提供一种前车轨迹生成模块，其能基于现有技术的硬件和计算机编程技术手段实现，包括：

接收单元，其自感知系统接收目标信息，所述目标信息包括位置信息、索引信息和有效性；

判断单元，判断是新目标还是历史目标；

轨迹生成单元，若为新目标且不存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定抛物线轨迹；

若是历史有效目标，则将该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

拟合单元，其通在指定轨迹上等分布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹；

拟合单元采用以下方式形成跟车行驶轨迹：

构建目标函数：目标函数＝∑(观测值-理论值)²；

观测值为轨迹生成单元输出的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

得到使目标函数得到最小值所对应的拟合函数；

形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；

j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种前车轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，感知目标，判断是新目标还是历史目标；

S2，若为新目标且存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

S3，通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点；

S4，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

2.如权利要求1所述的前车轨迹生成方法，其特征在于：所述指定轨迹是抛物线。

3.如权利要求1所述的前车轨迹生成方法，其特征在于：所述轨迹点采用等分方式布置。

4.如权利要求1所述的前车轨迹生成方法，其特征在于：步骤S4包括以下子步骤：

S4.1，构建目标函数：目标函数＝∑(观测值-理论值)²；

观测值为通过步骤S1和S2得到的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

S4.2，得到使目标函数得到最小值所对应的拟合函数；

S4.3，形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。

5.一种前车轨迹生成模块，其特征在于，包括：

接收单元，其自感知系统接收目标信息，所述目标信息包括位置信息、索引信息和有效性；

判断单元，判断是新目标还是历史目标；

轨迹生成单元，若为新目标且不存在历史轨迹，则将新目标融合到其历史轨迹中；若为新目标且不存在历史轨迹，则通过自车位置和前车位置计算新目标指定轨迹；

若是历史有效目标，则将该历史有效目标信息更新到上一时刻的信息中；若是历史无效目标，则不处理；

拟合单元，其通在指定轨迹上布置用于描述前车历史轨迹、轨迹后续更新和轨迹后续拟合的轨迹点，通过拟合函数形成跟车行驶轨迹。

6.如权利要求1所述的前车轨迹生成模块，其特征在于：所述指定轨迹是抛物线。

7.如权利要求1所述的前车轨迹生成模块，其特征在于：所述轨迹点采用等分方式布置。

8.如权利要求1所述的前车轨迹生成模块，其特征在于：拟合单元采用以下方式形成跟车行驶轨迹：

构建目标函数：目标函数＝∑(观测值-理论值)²；

观测值为轨迹生成单元输出的目标位置信息，理论值为假设的拟合函数，目标函数即为损失函数；

得到使目标函数得到最小值所对应的拟合函数；

形成跟车行驶轨迹表达公式；

i：表示轨迹点的个数；x_i：表示轨迹点的纵坐标；y_i：表示轨迹点的横坐标；j：表示多项式的阶数；ω_j：表示多项式的系数；λ：表示权重。

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