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轨迹规划方法、装置及车辆及其控制方法、系统

阅读:91发布:2020-10-07

专利汇可以提供轨迹规划方法、装置及车辆及其控制方法、系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种车辆换道的轨迹规划方法、装置及车辆及其控制方法、系统,所述轨迹规划方法包括以下步骤:获取车辆在换道过程中的换道斜率;获取车辆当前时刻的 转弯半径 ;在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹。该方法能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。,下面是轨迹规划方法、装置及车辆及其控制方法、系统专利的具体信息内容。

1.一种车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取车辆在换道过程中的换道斜率;
获取所述车辆当前时刻的转弯半径
在所述换道斜率的约束下,利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹。
2.如权利要求1所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,在利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹之前,还包括:
获取所述车辆至目标车道中心线的横向距离,并判断所述横向距离是否大于预设距离。
3.如权利要求2所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,当所述横向距离大于所述预设距离时,所述在所述换道斜率的约束下,利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹,包括:
获取所述车辆当前时刻的预测换道终点;
以所述预测换道终点为切点,在所述预测换道终点对应的换道斜率的约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述预测换道终点的第一圆弧;
以所述车辆的当前位置点为切点,在所述当前位置点对应的换道斜率的约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述当前位置点的第二圆弧;
将所述第一圆弧和所述第二圆弧进行拼接,得到所述换道轨迹,其中,所述换道轨迹包括所述当前位置点、拼接点和所述预测换道终点,且所述当前位置点为所述换道轨迹的起点,所述预测换道终点为所述换道轨迹的终点。
4.如权利要求2所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,当所述横向距离小于或等于所述预设距离时,所述在所述换道斜率的约束下,利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹,包括:
获取所述车辆当前时刻的预测换道终点;
以所述预测换道终点和所述车辆的当前位置点为切点,在所述预测换道终点对应的换道斜率和所述当前位置点对应的换道斜率的共同约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述预测换道终点和所述当前位置点的第三圆弧;
将所述第三圆弧作为所述换道轨迹,其中,所述换道轨迹包括所述当前位置点和所述预测换道终点,且所述当前位置点为所述换道轨迹的起点,所述预测换道终点为所述换道轨迹的终点。
5.如权利要求3所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,在初始时刻,所述获取所述车辆当前时刻的预测换道终点,包括:
根据所述横向距离确定第一点,并根据所述横向距离的一半确定第二点;
根据所述转弯半径在所述第一点和所述第二点所在的直线上确定第三点;
根据所述第二点和所述第三点利用勾股定理确定第四点,其中,所述第四点至所述第三点的距离为所述转弯半径;
根据所述第二点、所述第四点和所述第一点,在所述目标车道中心线上确定第五点,将所述第五点作为所述预测换道终点,其中,所述第五点至所述第一点的距离为所述第四点至所述第二点的距离的两倍。
6.如权利要求5所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,在所述初始时刻,还包括:
获取所述车辆的当前位置点和所述第五点之间的斜率,得到初始斜率。
7.如权利要求6所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,在非初始时刻,所述获取所述车辆当前时刻的预测换道终点,包括:
根据所述车辆的当前位置点和所述初始斜率,在所述目标车道中心线上确定第六点;
根据所述第六点和所述换道斜率获取所述目标车道中心线的直线方程;
利用所述横向距离和所述直线方程解析出所述第六点,将所述第六点作为所述预测换道终点。
8.如权利要求5所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,在初始时刻,根据所述车辆的当前车速和预设向心加速度获取所述转弯半径。
9.如权利要求4所述的车辆换道的轨迹规划方法,其特征在于,所述获取所述车辆当前时刻的预测换道终点,包括:
根据所述横向距离和所述换道斜率获取所述目标车道中心线的直线方程;
根据所述转弯半径确定第七点,并根据所述第七点至所述直线方程的距离和所述直线方程解析出所述转弯半径,其中,所述第七点至所述直线方程的距离为所述转弯半径;
根据所述第七点至所述直线方程的距离确定第八点,将所述第八点作为所述预测换道终点。
10.一种车辆的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用如权利要求1-9中任一项所述的轨迹规划方法为所述车辆生成换道轨迹;
按照所述换道轨迹控制所述车辆进行换道。
11.一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行,以用于实现如权利要求1-9中任一项所述的车辆换道的轨迹规划方法。
12.一种车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,包括:
第一获取模,用于获取车辆在换道过程中的换道斜率;
第二获取模块,用于获取所述车辆当前时刻的转弯半径;
轨迹生成模块,用于在所述换道斜率的约束下,利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹。
13.如权利要求12所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,还包括:
判断模块,用于在所述轨迹生成模块利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹之前,获取所述车辆至目标车道中心线的横向距离,并判断所述横向距离是否大于预设距离。
14.如权利要求13所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,当所述横向距离大于所述预设距离时,所述轨迹生成模块具体用于,
获取所述车辆当前时刻的预测换道终点;
以所述预测换道终点为切点,在所述预测换道终点对应的换道斜率的约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述预测换道终点的第一圆弧;
以所述车辆的当前位置点为切点,在所述当前位置点对应的换道斜率的约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述当前位置点的第二圆弧;
将所述第一圆弧和所述第二圆弧进行拼接,得到所述换道轨迹,其中,所述换道轨迹包括所述当前位置点、拼接点和所述预测换道终点,且所述当前位置点为所述换道轨迹的起点,所述预测换道终点为所述换道轨迹的终点。
15.如权利要求13所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,当所述横向距离小于或等于所述预设距离时,所述轨迹生成模块具体用于,
获取所述车辆当前时刻的预测换道终点;
以所述预测换道终点和所述车辆的当前位置点为切点,在所述预测换道终点对应的换道斜率和所述当前位置点对应的换道斜率的共同约束下,按照所述转弯半径做圆弧,形成包括所述预测换道终点和所述当前位置点的第三圆弧;
将所述第三圆弧作为所述换道轨迹,其中,所述换道轨迹包括所述当前位置点和所述预测换道终点,且所述当前位置点为所述换道轨迹的起点,所述预测换道终点为所述换道轨迹的终点。
16.如权利要求14所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,在初始时刻,所述轨迹生成模块具体用于,
根据所述横向距离确定第一点,并根据所述横向距离的一半确定第二点;
根据所述转弯半径,在所述第一点和所述第二点所在的直线上确定第三点;
根据所述第二点和所述第三点利用勾股定理确定第四点,其中,所述第四点至所述第三点的距离为所述转弯半径;
根据所述第二点、所述第四点和所述第一点,在所述目标车道中心线上确定第五点,将所述第五点作为所述预测换道终点,其中,所述第五点至所述第一点的距离为所述第四点至所述第二点的距离的两倍。
17.如权利要求16所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,在所述初始时刻,所述轨迹生成模块还用于,
获取所述车辆的当前位置点和所述第五点之间的斜率,得到初始斜率。
18.如权利要求17所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,在非初始时刻,所述轨迹生成模块具体用于,
根据所述车辆的当前位置点和所述初始斜率,在所述目标车道中心线上确定第六点;
根据所述第六点和所述换道斜率获取所述目标车道中心线的直线方程;
利用所述横向距离和所述直线方程解析出所述第六点,将所述第六点作为所述预测换道终点。
19.如权利要求16所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,所述第二获取模块具体用于,在初始时刻,根据所述车辆的当前车速和预设向心加速度获取所述转弯半径。
20.如权利要求15所述的车辆换道的轨迹规划装置,其特征在于,所述轨迹生成模块具体用于,
根据所述横向距离和所述换道斜率获取所述目标车道中心线的直线方程;
根据所述转弯半径确定第七点,并根据所述第七点至所述直线方程的距离和所述直线方程解析出所述转弯半径,其中,所述第七点至所述直线方程的距离为所述转弯半径;
根据所述第七点至所述直线方程的距离确定第八点,将所述第八点作为所述预测换道终点。
21.一种车辆的控制系统,其特征在于,包括:
如权利要求12-20中任一项所述的轨迹规划装置,用于为所述车辆生成换道轨迹;
控制装置,用于按照所述换道轨迹控制所述车辆进行换道。
22.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求21所述的车辆的控制系统。

说明书全文

轨迹规划方法、装置及车辆及其控制方法、系统

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆控制技术领域,特别涉及一种车辆换道的轨迹规划方法、一种车辆换道的轨迹规划装置、一种车辆的控制方法、一种车辆的控制系统及一种车辆。

背景技术

[0002] 换道是智能驾驶系统中的重要环节之一,也是使用最频繁的动作之一,如何智能、安全、快捷、舒适的完成车辆的自动换道,是目前大多数研究智能驾驶团队所面临的难题。
相关技术中,主要通过以下方式完成自动换道:
[0003] 第一种方式,使用高精度定位和高精度地图相结合的方式,即,根据仿人类习惯的换道动作,直接在高精度地图上生成相应轨迹,然后使用高精度定位严格按照相应轨迹的
GPS经纬度信号循迹驾驶;
[0004] 第二种方式,使用虚拟目标车道中心线的方式,即,利用摄像头或激光雷达、毫米波雷达,结合高精度地图预先推测出目标点,然后车辆按照虚拟的目标车道中心线生成换
道轨迹,直至车辆传感器识别到真实的目标车道中心线,才将虚拟的目标车道中心线取代,
并进行二次轨迹规划,完成换道动作。
[0005] 其中,第一种方式的主要缺点有:1)硬件设备费用高昂,一套高精度定位系统比实验车辆的价格还要高许多,完全不适合量产,仅用于试验;2)不够智能,车辆一旦开始换道,
当换道轨迹上出现意外障碍物时,车辆无法规避;3)仿人类习惯的换道动作需要大量数据
进行支撑,而数据的采集十分困难。
[0006] 第二种方式的主要缺点有:1)需要多传感器的结果融合,导致调教好同一车型后,移植到其他车辆的方案比较困难;2)第一次换道轨迹的生成是基于虚拟的目标车道中心
线,如果虚拟的目标车道中心线不存在或者有误,则可能导致出现换道失败或其他事故;3)
不够智能,车辆换道轨迹一共生成两次,如果车辆不能按照生成的轨迹行驶,则相对地要求
车辆控制的精度非常高,原因是轨迹生成后,影响车辆控制的因素很多,导致车辆控制系统
基本不可能严格按照轨迹行驶,最后使得驾驶体验的效果很差。

发明内容

[0007] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的第一个目的在于提出一种车辆换道的轨迹规划方法,该方法能够使得车辆换道时的舒适
性、安全性以及可靠性更高。
[0008] 本发明的第二个目的在于提出一种车辆的控制方法。
[0009] 本发明的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0010] 本发明的第四个目的在于提出一种车辆换道的轨迹规划装置。
[0011] 本发明的第五个目的在于提出一种车辆的控制系统。
[0012] 本发明的第六个目的在于提出一种车辆。
[0013] 为实现上述目的,本发明第一方面实施例提出了一种车辆换道的轨迹规划方法,包括以下步骤:获取车辆在换道过程中的换道斜率;获取所述车辆当前时刻的转弯半径;在
所述换道斜率的约束下,利用所述转弯半径生成所述车辆的换道轨迹。
[0014] 根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法,获取车辆在换道过程中的换道斜率,并获取车辆当前时刻的转弯半径,以及在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的
换道轨迹。该方法能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0015] 为实现上述目的,本发明第二方面实施例提出了一种车辆的控制方法,包括以下步骤:采用本发明第一方面实施例所述的轨迹规划方法为所述车辆生成换道轨迹;按照所
述换道轨迹控制所述车辆进行换道。
[0016] 根据本发明实施例的车辆的控制方法,通过上述的轨迹规划方法为车辆生成换道轨迹,并按照换道轨迹控制车辆进行换道,从而能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及
可靠性更高。
[0017] 为实现上述目的,本发明第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行,以用于实现本发明第一方面实施例所述
的车辆换道的轨迹规划方法。
[0018] 根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质,通过上述的车辆换道的轨迹规划方法,能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0019] 为实现上述目的,本发明第四方面实施例提出了一种车辆换道的轨迹规划装置,包括:第一获取模,用于获取车辆在换道过程中的换道斜率;第二获取模块,用于获取所
述车辆当前时刻的转弯半径;轨迹生成模块,用于在所述换道斜率的约束下,利用所述转弯
半径生成所述车辆的换道轨迹。
[0020] 根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置,通过第一获取模块获取车辆在换道过程中的换道斜率,并通过第二获取模块获取车辆当前时刻的转弯半径,以及通过轨迹
生成模块在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹。由此,能够使得车辆换
道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0021] 为实现上述目的,本发明第五方面实施例提出了一种车辆的控制系统,包括:本发明第四方面实施例所述的轨迹规划装置,用于为所述车辆生成换道轨迹;控制装置,用于按
照所述换道轨迹控制所述车辆进行换道。
[0022] 根据本发明实施例的车辆的控制系统,通过上述的轨迹规划装置为车辆生成换道轨迹,并通过控制装置按照换道轨迹控制车辆进行换道,能够使得车辆换道时的舒适性、安
全性以及可靠性更高。
[0023] 为实现上述目的,本发明第六方面实施例提出了一种车辆,其包括本发明第五方面实施例所述的车辆的控制系统。
[0024] 根据本发明实施例的车辆,通过上述的车辆的控制系统,能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
附图说明
[0025] 图1是根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法的流程图
[0026] 图2是根据本发明一个实施例的横向距离大于预设距离时的换道轨迹生成方法;
[0027] 图3是根据本发明一个实施例的初始时刻的换道轨迹的生成示意图;
[0028] 图4是根据本发明一个实施例的横向距离大于预设距离时的换道轨迹的生成示意图;
[0029] 图5是根据本发明一个实施例的横向距离小于或等于预设距离时的换道轨迹生成方法;
[0030] 图6是根据本发明一个实施例的横向距离小于或等于预设距离时的换道轨迹的生成示意图;
[0031] 图7是根据本发明一个实施例的车辆换道的轨迹规划方法的流程图;
[0032] 图8是根据本发明实施例的车辆的控制方法的流程图;
[0033] 图9是根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置的方框示意图;
[0034] 图10是根据本发明实施例的车辆的控制系统的方框示意图;
[0035] 图11是根据本发明实施例的车辆的方框示意图。

具体实施方式

[0036] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其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。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。
[0037] 下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的车辆换道的轨迹规划方法、车辆的控制方法、非临时性计算机可读存储介质、车辆换道的轨迹规划装置、车辆的控制系统及车
辆。
[0038] 图1是根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法的流程图。如图1所示,本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法可包括以下步骤:
[0039] S11,获取车辆在换道过程中的换道斜率。其中,换道斜率为车辆的车身航向对应直线的斜率。
[0040] S12,获取车辆当前时刻的转弯半径。
[0041] S13,在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹。
[0042] 具体而言,首先分解下换道的动作,换道其实是从一条车道移动至隔壁车道,对于智能车辆而言,车辆在当前车道行驶的轨迹就是当前车道的车道中心线,即换道就是从当
前车道的车道中心线移动至隔壁车道的车道中心线。其次,对于车辆控制而言,是从当前时
刻的某方向盘角度、轮胎角度、车身航向角,在设定的方向盘转速下,到达另一个特定的车
身航向角。
[0043] 为了完成车辆智能、舒适、合理、有效的换道动作,在本发明的实施例中,可根据实测车辆转弯时人体感应的舒适程度制定对应车速下的转弯半径,并根据该转弯半径可利用
双圆弧拼接算法计算出一条初始换道轨迹。由于影响车辆控制的因素很多,目前的车辆控
制算法中无法完全覆盖,使得车辆行驶的轨迹基本不能严格按照初始换道轨迹去行驶,因
此,本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法,在换道的过程中,可实时获取车辆的换道斜
率和转弯半径,在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成换道轨迹,以通过实时获得的换道
轨迹来纠正车辆控制的偏移量,使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0044] 根据本发明的一个实施例,在利用转弯半径生成车辆的换道轨迹之前,还包括:获取车辆至目标车道中心线的横向距离,并判断横向距离是否大于预设距离,其中,预设距离
可以为两个相邻车道中心线之间的距离的一半。
[0045] 进一步地,根据本发明的一个实施例,当横向距离大于预设距离时,如图2所示,在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹,包括:
[0046] S21,获取车辆当前时刻的预测换道终点。
[0047] S22,以预测换道终点为切点,在预测换道终点对应的换道斜率的约束下(即在预测换道终点对应的车身航向角的约束下),按照转弯半径做圆弧,形成包括预测换道终点的
第一圆弧。
[0048] S23,以车辆的当前位置点为切点,在当前位置点对应的换道斜率的约束下(即在当前位置点对应的车身航向角的约束下),按照转弯半径做圆弧,形成包括当前位置点的第
二圆弧。
[0049] S24,将第一圆弧和第二圆弧进行拼接,得到换道轨迹,其中,换道轨迹包括当前位置点、拼接点(第一圆弧与第二圆弧的交点)和预测换道终点,且当前位置点为换道轨迹的
起点,预测换道终点为换道轨迹的终点。
[0050] 具体而言,在车辆换道的过程中,可以每隔预设时间(如,50ms)根据当前时刻的换道斜率和当前时刻的转弯半径生成换道轨迹,这样即使车辆控制的不好,也能够及时纠正
车辆的实际轨迹与换道轨迹的差值,使得车辆换道更加平顺。其中,在每次换道轨迹生成之
前,还判断当前车辆至目标车道中心线的横向距离是否大于预设距离,即判断车辆是否完
成一半的换道,根据实验舒适度试验结果发现,未完成一半的换道,采用双圆弧拼接算法获
得的换道轨迹要比单圆弧拼接算法获得的换道轨迹更加平顺,车辆控制的方向盘转角也更
小更平滑。因此,在车辆至目标车道中心线的横向距离大于预设距离时,采用双圆弧拼接算
法获得换道轨迹。
[0051] 根据本发明的一个实施例,在初始时刻,获取车辆当前时刻的预测换道终点,包括:根据横向距离确定第一点,并根据横向距离的一半确定第二点;根据转弯半径,在第一
点和第二点所在的直线上确定第三点;根据第二点和第三点利用勾股定理确定第四点,其
中,第四点至第三点的距离为转弯半径;根据第二点、第四点和第一点,在目标车道中心线
上确定第五点,将第五点作为预测换道终点,其中,第五点至第一点的距离为第四点至第二
点的距离的两倍。
[0052] 根据本发明的一个实施例,在初始时刻,根据车辆的当前车速和预设向心加速度获取转弯半径,其中,预设向心加速度需满足用户舒适度要求,具体可根据实际情况进行标
定,优选地,预设向心加速度可以为1m/s2。
[0053] 具体而言,在需要车辆换道时,先生成初始时刻的换道轨迹(即,初始换道轨迹),其中在生成初始时刻的换道轨迹时,先获取初始时刻的预测换道终点。为了便于说明,下面
均以车辆向右换道为例来进行详细说明。
[0054] 具体地,当车辆需要向右换道时,在初始时刻,通过摄像头获取车辆至目标车道中心线的横向距离L,并判断横向距离L是否大于预设距离,如果是,则选取最小舒适转弯半径
作为此时的转弯半径。由于车辆横向移动时的实际行驶轨迹是由圆弧拼接而成,如果车辆
的方向盘在某个角度固定,那么车辆将按照某个半径下的圆弧行驶,该半径即为车辆的转
弯半径。车辆的转弯半径具有区间,且在有限的区域内,同一车速不同转弯半径给人体的舒
适度也不同,因此可根据人体的舒适度获取初始时刻的转弯半径,例如,可根据当前车速v
和预设向心加速度a,获得初始时刻的转弯半径 当a=1m/s2时,R=v2。
[0055] 然后,以车辆自身坐标为参考,即以车辆的当前位置点为原点0、车身横向为X轴、车身纵向为Y轴建立直角坐标系,在该直角坐标系下获取初始时刻的预测换道终点B,这样
可以使得计算更加简便,并且在整个换道过程中,均以该方式建立直角坐标系。如图3所示,
在该直角坐标系下,根据横向距离L可以确定X轴与目标车道中心线的交点,即第一点F的坐
标为(L,0),根据横向距离L的一半可以确定OF的中点,即第二点E的坐标为(L/2,0),以及根
据转弯半径R可以确定第三点A的坐标为(R,0)。然后,根据第二点E和第三点A利用勾股定理
可以确定第四点D的坐标,即,根据DE2=DA2-EA2且DA=R,可计算获得第四点D的坐标为
最后,根据BF=2*DE的关系,可在目标车道中心线上确定第五点B的坐
标为 该第五点B即为初始时刻的预测换道终点B 其
中,
[0056] 进一步地,在初始时刻,还获取车辆的当前位置点和第五点之间的斜率,得到初始斜率。
[0057] 具体而言,如图3所示,在获得初始时刻的预测换道终点B后,可计算出OB的斜率,以获得初始斜率 其中, 假设,在初始时刻,车辆正好处于当前车道的
车道中心线,那么车辆至目标车道中心线的横向距离L正好等于两个相邻车道中心线之间
的距离,当两个相邻车道中心线之间的距离为3.5m时,初始时刻的预测换道终点B的坐标为
初始斜率 其中, 假设,车辆的当前车
速v=30km/h,且预设向心加速度a=1m/s2,那么初始斜率kOB=8.85。
[0058] 再进一步地,在初始时刻,如图3所示,以第三点A为圆心,以车辆的当前位置点为起点,并以转弯半径R为半径做圆弧,以获得第二圆弧,该第二圆弧在起点处与车辆的当前
位置点的换道斜率所在的直线相切,这样可以使得换道轨迹与车辆的当前车身航向角一
致,且该第二圆弧的终点为第四点D。以第四点D为起点,在AD的延长线上延伸转弯半径R以
获得第九点C,以该第九点C为圆心,以第四点D为起点,以转弯半径R为半径做圆弧,以获得
第一圆弧,该第一圆弧与预测换道终点B的换道斜率所在的直线相切,这样可以使得换道轨
迹与车辆的目标车身航向角一致。其中,第一圆弧和第二圆弧构成了初始时刻的换道轨迹,
即初始时刻的换道轨迹为圆弧ODB,其中,第四点D为拼接点。
[0059] 也就是说,在获取车辆的换道轨迹时,可先根据换道距离(即,初始时刻的转弯半径)推算出一条等半径的双圆弧换道轨迹,并推算出该换道轨迹的斜率,即初始时刻车辆的
当前位置点与预测换道终点的连线的斜率,该斜率将作为车辆在后续换道时的目标斜率,
同时也可以计算出初始时刻预测换道终点的坐标,根据预测换道终点的坐标,利用圆弧相
切原理计算出初始换道轨迹。
[0060] 由此,在车辆换道的初始时刻,根据车辆的当前位置点和当前车速,利用等半径的双圆弧拼接算法,在满足车辆舒适加速度的前提下,计算出初始时刻的换道轨迹和初始斜
率,控制车辆按照初始时刻的换道轨迹行驶。
[0061] 根据本发明的一个实施例,在非初始时刻,获取车辆当前时刻的预测换道终点,包括:根据车辆的当前位置点和初始斜率,在目标车道中心线上确定第六点;根据第六点和换
道斜率获取目标车道中心线的直线方程;利用横向距离和直线方程解析出第六点,将第六
点作为预测换道终点。
[0062] 具体而言,如图4所示,在车辆向右换道的过程中,通过摄像头获取车辆至目标车道中心线的横向距离L(即,OD1)和目标车道中心线的斜率(即,换道斜率k,也即B1F1的斜
率,其中,F1为X轴与目标车道中心线的交点),并判断横向距离L是否大于预设距离。如果
是,则根据车辆的当前位置点和初始斜率kOB,在目标车道中心线上确定第六点B1,该第六点
B1为过原点O且斜率为初始斜率kOB的直线与目标车道中心线的交点,其坐标为(m,kOB*m),
其中m为未知量。然后,根据第六点B1和换道斜率k可获得目标车道中心线的直线方程y=k*
(x-m)+kOB*m,接着,根据点到直线的距离公式可获得 并对其进行
转换可获得 此时第六点B1的坐标为 该
第六点B1即为此时的预测换道终点B1
[0063] 在获得预测换道终点B1之后,获取目标车道中心线在预测换道终点B1处的垂线,该垂线的斜率k’=-1/k,根据转弯半径R,在垂线上获取第十点A1,并根据A1与B1之间的距
离解析出第十点A1;根据转弯半径R确定第十一点C1;根据第十点A1和第十一点C1确定第十
二点E1,其中,第十二点E1为第十点A1和第十一点C1的中点;根据第十点A1和第十一点C1之
间的距离为转弯半径的两倍,解析出转弯半径R。
[0064] 具体地,如图4所示,A1B1的斜率k’=-1/k,根据直线上两点间的距离公式:可以求出A1B1两点间的距离。令A1B1两点间的距离为转
弯半径R,可求得A1的坐标为 根据转弯半径R可确定第十一
点C1的坐标为(R,0),由于第十二点E1为第十点A1和第十一点C1的中点,可求得第十二点E1
的坐标为 根据A1C1两点间的距离等于2R,
可获得方程式(1):
[0065]
[0066] 以转弯半径R为未知数,对方程式(1)进行化简可得公式(2):
[0067]
[0068] 令 d=kOB*m,可得公式(3):
[0069] [a*R+b]2+[c*R-d]2=4*R2  (3)
[0070] 然后对公式(3)进行化简可得公式(4):
[0071] (a2+b2-4)*R2+(2ab-2cd)*R+b2+d2=0  (4)
[0072] 最终,对公式(4)中的转弯半径R进行求解,可获得转弯半径R:
[0073]
[0074] 求得的两个解可舍掉一个。
[0075] 根据转弯半径R可确定车辆至目标车道中心线的横向距离大于预设距离时,换道轨迹(圆弧OE1B1)的表达式:
[0076] (x-R)2+y2=R2  (6)
[0077] 其中,
[0078] 进一步地,
[0079] 其中,
[0080] 在实际应用中,可将公式(7)预先存储至车辆中,这样在使用时可以直接调用该公式(7),以计算获得相应的换道轨迹(圆弧OE1B1)。
[0081] 由此,在车辆至目标车道中心线的距离大于预设距离时,可根据车辆的当前车身航向角(以车辆的当前位置点为切点,并在当前位置点对应的换道斜率的约束下做圆弧,因
此换道轨迹可与车辆的当前车身航向角一致)、目标位置(目标车道中心线)、车辆的目标车
身航向角(以预测换道终点为切点,并在预测换道终点对应的换道斜率的约束下做圆弧,因
此换道轨迹可与车辆的目标车身航向角一致)和目标斜率(即,初始斜率)等信息生成双圆
弧拼接换道轨迹,并根据该双圆弧拼接换道轨迹控制车辆行驶。其中,根据初始斜率解析出
转弯半径,可有效避免整个换道过程中均根据当前车速和预设向心加速度计算转弯半径导
致的预测换道终点始终在车辆的前方,导致车辆无法达到预测换道终点,车辆一直处于换
道圆弧中的情况发生,如果发生超调,即车辆超过目标车道中心线,就会导致车辆行驶失
控,严重时导致安全事故发生。
[0082] 进一步地,根据本发明的一个实施例,如图5所示,当横向距离小于或等于预设距离时,在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹,包括:
[0083] S31,获取车辆当前时刻的预测换道终点。
[0084] S32,以预测换道终点和车辆的当前位置点为切点,在预测换道终点对应的换道斜率和当前位置点对应的换道斜率的共同约束下,按照转弯半径做圆弧,形成包括预测换道
终点和当前位置点的第三圆弧。
[0085] S33,将第三圆弧作为换道轨迹,其中,换道轨迹包括当前位置点和预测换道终点,且当前位置点为换道轨迹的起点,预测换道终点为换道轨迹的终点。
[0086] 具体而言,在车辆的换道过程中,如果车辆已经完成一半的换道,则采用单圆弧拼接算法获得的换道轨迹比采用双圆弧拼接算法获得的换道轨迹更容易使车辆平稳、舒适,
因此,在车辆至目标车道中心线的横向距离小于或等于预设距离时,采用单圆弧拼接算法
生成换道轨迹。
[0087] 根据本发明的一个实施例,获取车辆当前时刻的预测换道终点,包括:根据横向距离和换道斜率获取目标车道中心线的直线方程;根据转弯半径确定第七点,并根据第七点
至直线方程的距离和直线方程解析出转弯半径,其中,第七点至直线方程的距离为转弯半
径;根据第七点至直线方程的距离确定第八点,将第八点作为预测换道终点。
[0088] 具体而言,如图6所示,在车辆向右换道的过程中,通过摄像头获取车辆至目标车道中心线的横向距离L(即,OD2)和目标车道中心线的斜率(即,换道斜率k,也即E2F2的斜
率,其中,F2为X轴与目标车道中心线的交点),并判断横向距离L是否大于预设距离。如果
否,则根据横向距离L和换道斜率k获取目标车道中心线的直线方程:
并根据转弯半径R确定第七点G,该第七点G的坐标为(-R,0),以及根据第七点G至直线方程
的距离和直线方程解析出转弯半径R,其中,第七点G至直线方程的距离为转弯半径R,解析
出的转弯半径 此时通过第七点G且垂直于目标车道中心线的垂线,在目标
车道中心线上的垂点为第八点E2,该第八点E2的坐标为
该第八点E2即为车辆至目标车道中心线的横向距离小于预设距离时,预测换道终点E2
[0089] 进一步地,根据转弯半径R可确定车辆至目标车道中心线的横向距离小于或等于预设距离时,换道轨迹(圆弧OE2)的表达式:
[0090] (x-R)2+y2=R2  (8)
[0091] 其中,
[0092] 在实际应用中,可将公式(8)预先存储至车辆中,这样在使用时可以直接调用公式(8),以计算获得相应的换道轨迹(圆弧OE2)。
[0093] 由此,在车辆至目标车道中心线的距离小于或等于预设距离时,可根据车辆的当前车身航向角(以车辆的当前位置点为切点,并在当前位置点对应的换道斜率的约束下做
圆弧,因此换道轨迹可与车辆的当前车身航向角一致)、目标位置(目标车道中心线)、车辆
的目标车身航向角(以预测换道终点为切点,并在预测换道终点对应的换道斜率的约束下
做圆弧,因此换道轨迹可与车辆的目标车身航向角一致)等信息生成单圆弧拼接换道轨迹,
并根据该单圆弧拼接换道轨迹控制车辆行驶。其中,根据横向距离和换道斜率解析出转弯
半径,可有效避免整个换道过程中均根据当前车速和预设向心加速度计算转弯半径导致的
预测换道终点始终在车辆的前方,导致车辆无法达到预测换道终点,车辆一直处于换道圆
弧中的情况发生,如果发生超调,即车辆超过目标车道中心线,就会导致车辆行驶失控,严
重时导致安全事故发生。
[0094] 根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法,可具有如下优点:
[0095] 1)路况的适应性更高。由于目前的算法不论是深度学习还是高精度定位,均需要采集大量路况信息,而且每个人的开车习惯也不同,所以会导致一个新的路况可能无法通
过或者通过时使人感觉不舒服,而且高精度定位的方式更加繁琐,处于需要采集大量路况
信息,还需要对路况信息进行实时更新,因为实时的路况可能与之前采集的路况不同,导致
适应性不高。而在本申请中,能够根据实时路况计算出舒适的转弯半径,并根据该转弯半径
生成换道轨迹,控制车辆完成换道,有效提高了路况的适应性。
[0096] 2)车辆控制的安全性、可靠性更高。由于目前的算法都是一次性规划出车辆的换道轨迹,如果车辆控制没有按照预先规划的换道轨迹行驶,那么将会导致车辆的实际轨迹
与换道轨迹之间的误差越来越大,使得车辆的安全性、舒适性及可靠性变的很差。而在本申
请中,换道轨迹是实时规划的,如每隔50ms生成一条适合车辆当前位置的换道轨迹,这样即
使车辆控制的不好,也能够时纠正车辆的实际轨迹与换道轨迹之间的差值,使得车辆行驶
更加平顺。
[0097] 3)车辆控制的舒适度更高。由于本申请的轨迹规划方法是建立在舒适度的基础上,合理的舒适加减速、车速、方向盘转速和相应的方向盘转角都做了舒适度的匹配,所有
的对应关系都做了舒适度的测试,如,可以采用向心加速度为1m/s2为最佳舒适度匹配,并
根据车辆的当前车速和向心加速度获得相应的转弯半径,从而使得车辆在换道过程中最大
限度的接近驾驶员驾驶的行为。
[0098] 图7是根据本发明一个实施例的车辆换道的轨迹规划方法的流程图。如图7所示,该车辆换道的轨迹规划方法的可包括以下步骤:
[0099] S101,开始换道。
[0100] 需要说明的是,开始换道表示车辆已经满足换道要求。例如,在车辆行驶的过程中,获取感知系统(摄像头、毫米波雷达、激光雷达等感知传感器)及车辆控制系统发出的信
号,包括当前车道的车道线信息、车辆距离两侧及变道一侧车道线的距离信息以及车速信
息等,然后在满足预设换道的条件下,触发换道事件,具体如何判断可采用现有技术实现,
这里不做详述。
[0101] S102,生成初始换道轨迹。
[0102] S103,判断横向距离是否大于预设距离。如果是,执行步骤S104;如果否,执行步骤S105。
[0103] S104,采用双圆弧拼接算法生成换道轨迹。
[0104] S105,采用单圆弧拼接算法生成换道轨迹。
[0105] S106,判断车辆是否达到预测换道终点(或者,目标车道中心线)。如果是,执行步骤S107;如果否,返回步骤S106。
[0106] S107,完成换道,开始根据摄像头获取的车道线生成的车道中心线控制车辆行驶。
[0107] 综上所述,根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法,在进行换道时,先根据车辆的当前状态计算出初始换道轨迹和初始斜率,然后根据车辆至目标车道中心线的横向
距离,对实时换道轨迹分为双圆弧拼接换道轨迹和单圆弧拼接换道轨迹,并且在整个换道
过程中,所有换道轨迹都是实时更新和实时生成,因此可根据实时路况对车辆的控制进行
调整,从而可以平顺的完成换道,使得车辆的换道更加舒适、安全和可靠。
[0108] 图8是根据本发明实施例的车辆的控制方法的流程图。
[0109] 如图8所示,本发明实施例的车辆的控制方法可包括以下步骤:
[0110] S41,采用上述的轨迹规划方法为车辆生成换道轨迹。
[0111] S42,按照换道轨迹控制车辆进行换道。
[0112] 需要说明的是,本发明实施例的车辆的控制方法中未披露的细节,请参照本发明实施例的轨迹规划方法中所披露的细节,具体这里不再详述。
[0113] 根据本发明实施例的车辆的控制方法,通过上述的轨迹规划方法为车辆生成换道轨迹,并按照换道轨迹控制车辆进行换道,从而能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及
可靠性更高。
[0114] 另外,本发明的实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行,以用于实现上述的车辆换道的轨迹规划方法。
[0115] 根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质,通过上述的车辆换道的轨迹规划方法,能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0116] 图9是根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置的方框示意图。
[0117] 如图9所示,本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置可包括:第一获取模块10、第二获取模块20和轨迹生成模块30。
[0118] 其中,第一获取模块10用于获取车辆在换道过程中的换道斜率;第二获取模块20用于获取车辆当前时刻的转弯半径;轨迹生成模块30用于在换道斜率的约束下,利用转弯
半径生成车辆的换道轨迹。
[0119] 根据本发明的一个实施例,如图9所示,上述的车辆换道的轨迹规划装置,还包括:判断模块40,用于在轨迹生成模块30利用转弯半径生成车辆的换道轨迹之前,获取车辆至
目标车道中心线的横向距离,并判断横向距离是否大于预设距离。
[0120] 进一步地,当横向距离大于预设距离时,轨迹生成模块30具体用于,获取车辆当前时刻的预测换道终点;以预测换道终点为切点,在预测换道终点对应的换道斜率的约束下,
按照转弯半径做圆弧,形成包括预测换道终点的第一圆弧;以车辆的当前位置点为切点,在
当前位置点对应的换道斜率的约束下,按照转弯半径做圆弧,形成包括当前位置点的第二
圆弧;将第一圆弧和第二圆弧进行拼接,得到换道轨迹,其中,换道轨迹包括当前位置点、拼
接点和预测换道终点,且当前位置点为换道轨迹的起点,预测换道终点为换道轨迹的终点。
[0121] 进一步地,当横向距离小于或等于预设距离时,轨迹生成模块30具体用于,获取车辆当前时刻的预测换道终点;以预测换道终点和车辆的当前位置点为切点,在预测换道终
点对应的换道斜率和当前位置点对应的换道斜率的共同约束下,按照转弯半径做圆弧,形
成包括预测换道终点和当前位置点的第三圆弧;将第三圆弧作为换道轨迹,其中,换道轨迹
包括当前位置点和预测换道终点,且当前位置点为换道轨迹的起点,预测换道终点为换道
轨迹的终点。
[0122] 根据本发明的一个实施例,在初始时刻,轨迹生成模块30具体用于,根据横向距离确定第一点,并根据横向距离的一半确定第二点;根据转弯半径,在第一点和第二点所在的
直线上确定第三点;根据第二点和第三点利用勾股定理确定第四点,其中,第四点至第三点
的距离为转弯半径;根据第二点、第四点和第一点,在目标车道中心线上确定第五点,将第
五点作为预测换道终点,其中,第五点至第一点的距离为第四点至第二点的距离的两倍。
[0123] 根据本发明的一个实施例,在初始时刻,轨迹生成模块30还用于,获取车辆的当前位置点和第五点之间的斜率,得到初始斜率。
[0124] 根据本发明的一个实施例,在非初始时刻,轨迹生成模块30具体用于,根据车辆的当前位置点和初始斜率,在目标车道中心线上确定第六点;根据第六点和换道斜率获取目
标车道中心线的直线方程;利用横向距离和直线方程解析出第六点,将第六点作为预测换
道终点。
[0125] 根据本发明的一个实施例,第二获取模块20具体用于,在初始时刻,根据车辆的当前车速和预设向心加速度获取转弯半径。
[0126] 根据本发明的一个实施例,轨迹生成模块30具体用于,根据车辆横向距离和换道斜率获取目标车道中心线的直线方程;根据转弯半径确定第七点,并根据第七点至直线方
程的距离和直线方程解析出转弯半径,其中,第七点至直线方程的距离为转弯半径;根据第
七点至直线方程的距离确定第八点,将第八点作为预测换道终点。
[0127] 需要说明的是,本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置中未披露的细节,请参照本发明实施例的车辆换道的轨迹规划方法中所披露的细节,具体这里不再详述。
[0128] 根据本发明实施例的车辆换道的轨迹规划装置,通过第一获取模块获取车辆在换道过程中的换道斜率,并通过第二获取模块获取车辆当前时刻的转弯半径,以及通过轨迹
生成模块在换道斜率的约束下,利用转弯半径生成车辆的换道轨迹。由此,能够使得车辆换
道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0129] 图10是根据本发明实施例的车辆的控制系统的方框示意图。
[0130] 如图10所示,本发明实施例的车辆的控制系统100可包括:上述的轨迹规划装置110和控制装置120,其中,轨迹规划装置110用于为车辆生成换道轨迹;控制装置120用于按
照换道轨迹控制车辆进行换道。
[0131] 根据本发明实施例的车辆的控制系统,通过上述的轨迹规划装置为车辆生成换道轨迹,并通过控制装置按照换道轨迹控制车辆进行换道,能够使得车辆换道时的舒适性、安
全性以及可靠性更高。
[0132] 图11是根据本发明实施例的车辆的方框示意图。如图11所示,本发明实施例的车辆1000可包括上述的车辆的控制系统100。
[0133] 根据本发明实施例的车辆,通过上述的车辆的控制系统,能够使得车辆换道时的舒适性、安全性以及可靠性更高。
[0134] 应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件
或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下
列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑电路
的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场
可编程门阵列(FPGA)等。
[0135] 另外,在本发明的描述中,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。
[0136] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
[0137] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连
接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0138] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0139] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
[0140] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。
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