车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统及控制方法与流程

1.本技术涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统及控制方法。


背景技术：

2.随着近几年自动驾驶技术的飞速发展，车辆运动控制已经成为了车辆工程领域和自动驾驶领域共同研究的热点。
3.运动控制是指根据规划信息、车体位移、姿态、车速灯信息，按照一定逻辑做出决策，并分别向油门、制动及转向等执行系统发出控制指令。车辆运动控制是车辆实行自动驾驶的关键环节，其研究内容主要包括横向控制和纵向控制。横向控制主要研究的是路径跟踪能力。通过控制方向盘，使得车辆沿着预设路径进行行驶。纵向控制主要研究速度跟踪能力。通过控制车辆的油门、制动使得车辆按照预设速度进行行驶。
4.现有的控制系统中，对车辆进行横纵向控制时，其横向控制系统可以根据行驶道路是否存在车道线规划出两种不同的行驶路径，但是在横向控制中存在有车道线和无车道线两种情况下进行切换时，由于行驶路径的切换，会存在车辆出现卡顿的情况，驾驶感受不好，且存在道路安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：现有的控制系统的横向控制中存在有车道线和无车道线两种情况下进行切换时，车辆出现卡顿的情况，驾驶感受不好，且存在道路安全隐患。
6.为此，本发明提供一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统及控制方法，以提供一种实现在有车道线和无车道线切换时，横向控制输出更加平稳，保持车辆行驶平缓，提高道路行车安全性。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统，包括，环境传感器，所述环境传感器用于对车辆周围环境进行图像的拍摄和收集，以及车辆与周围障碍物之间距离的测量，所述环境传感器判断车辆当前行驶路径上是否有车道线；联合控制器，所述联合控制器用于接收外部环境信息，以及外部环境信息预处理和横纵向的规划和控制，所述联合控制器通过转换模块控制车辆在存在有车道线和无车道线两种情况之间切换时保持平稳行驶；车辆稳定系统，所述车辆稳定系统用于控制车辆行驶速度；转向助力系统，所述转向助力系统用于控制车辆行驶方向。
8.通过采用上述技术方案，通过联合控制器的转换模块，在有车道线和无车道线切换的过程中，实时计算新的目标轨迹，从而实现横向控制目标曲线的平稳切换，减小横向控制中方向盘发生抖动以及平滑切横向大转角或者扭矩的情况发生，使得横向控制有车道线
和无车道线有目标切换时，横向控制输出更加平稳，驾驶感受更加舒适。
9.一种控制方法，包括以下步骤，开启横纵向控制系统；判断车辆行驶路径上是否有车道线；若无车道线则判断车辆前的目标车类型；当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，计算下一时刻的新的轨迹；判断车辆行驶路线中是否需要过弯；根据车辆实际行驶情况选择合适的控制方法。
10.通过采用上述技术方案，在有车道线和无车道线切换的过程中，实时计算新的目标轨迹，从而实现横向控制目标曲线的平稳切换，减小横向控制中方向盘发生抖动以及平滑切横向大转角或者扭矩的情况发生，使得横向控制有车道线和无车道线有目标切换时，横向控制输出更加平稳，驾驶感受更加舒适。横纵向联合控制遇到危险时，在不同场景下进行不同的安全制动，保持驾驶安全性以及舒适感。
11.进一步地，当环境传感器判断有车道线时，则根据车道线信息拟合一条预测行驶轨迹a1，并根据该轨迹进行对车辆进行横向控制。
12.进一步地，包括以下步骤，若目标车为两轮车，环境传感器判断距离自车两侧是否有障碍物，如果没有障碍物，则以目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制。
13.进一步地，若目标车不是两轮车时，则根据目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制。
14.通过采用上述技术方案，在横纵向联合控制中，对前方目标车类型进行判断，从而在不同场景下进行不同实施不同的行驶策略，保持驾驶安全性以及舒适感。
15.进一步地，所述行驶轨迹a1、a2均以三次多项式的形式表达，；。
16.进一步地，当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，新的目标轨迹如下所示：
17.其中，为当前时刻的目标车的轨迹；为前一时刻的目标车的轨迹；为采样时间；为切换时的轨迹曲线系数的初始权重，该权重可标定，根据实际情况设置（范围为0~1）；line
coeff
为有车道线时，目标轨迹的系数c0~c3的数组；nline
coeff
为无车道线时，目标轨迹的系数c
0n
~c
3n
的数组。
18.进一步地，当处于横向控制系统和纵向控制系统据开启时，若发生过弯，根据行驶路径上车辆的过弯曲率以及横向控制输出的扭矩大小，计算得到一个安全的纵向目标速度，具体如下：
19.其中，为最终实际输出的纵向目标速度；为手动设定的纵向目标速度；为车辆当前实际车速；为道路曲率过弯系数；为横向控制扭矩过弯系数；为横摆角速度过弯系数。
20.进一步地，所述过弯系数、、均分为三段，
[0021][0022][0023]
其中r为曲率半径，为方向盘的横向扭矩，为自车横摆角速度，v1、v2、v3、r1、q1、y1均为预设值。
[0024]
进一步地，当出现目标车紧急刹停时，若自车车速大于45kph，且环境传感器获取到目标车左右存在本车能够通过的安全车道，则纵向功能进入制动模式，但是制动减速度不得超过-1m/s2，横向功能进行变道控制进入安全车道；当自车车速大于45kph，目标车左右不存在本车能够通过的安全车道，则横向控制退出，驾驶员接管，同时纵向控制进行紧急制动；当自车车速不大于45kph，此时横向控制退出，直接启动纵向控制紧急制动辅助。
[0025]
本发明的有益效果是，本技术通过联合控制器中设置的算法，在有车道线和无车道线切换的过程中，计算新的目标轨迹，从而实现横向控制目标曲线的平稳切换，减小横向控制中方向盘发生抖动以及平滑切横向大转角或者扭矩的情况发生，使得横向控制有车道线和无车道线有目标切换时，横向控制输出更加平稳，驾驶感受更加舒适。同时本技术在横向控制激活后或者横向控制中时，同步适配纵向控制的加减速度，保持驾驶舒适性。
附图说明
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0027]
图1是本发明中控制系统的结构示意图。
[0028]
图2是本发明中控制方法的流程示意图。
[0029]
图3是本发明中目标车判断的流程示意图。
具体实施方式
[0030]
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0031]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0032]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0033]
参照图1，一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统，包括环境传感器、联合控制器ads、车辆稳定系统esp、转向助力系统eps、车身控制器bcm以及中控屏。
[0034]
车身控制器用于检测本车车辆状态、向联合控制器输出开关控制信号；环境传感器包括设置在车身上的图像传感器、雷达系统以及定位系统，其中图像信息包括车道图像和车身周围环境图像，车道图像包括本车当前行驶路径上车道线的状态图像，环境传感器可以将获取到本车周边环境图像、本车位置以及本车与周边车辆、障碍物之间距离传递至联合控制器中进行处理和分析；联合控制器设置有用于接收外部环境信息、以及外部环境信息预处理的处理器，联合控制器与中控屏连接，将接收到的本车周边环境图像、本车位置以及本车与周边车辆、障碍物之间距离、联合控制器的空置状态输出至中控屏上直观展示给驾驶人。
[0035]
车辆稳定系统、转向助力系统均与联合控制器连接，联合控制器中设置有横向控制系统和纵向控制系统，横向控制系统通过转向助力系统控制本车的行驶方向，纵向控制系统通过车辆稳定系统控制本车的行驶速度，横向控制系统和纵向控制系统共同对本车行驶路线进行规划和控制。联合控制器内设置有转换模块，转换模块中的设置的算法可以实现当车辆行驶路线上存在有车道线和无车道线之间的切换时，控制车辆平稳行驶。
[0036]
参照图2和图3，一种横纵向联合控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：功能启动。
[0037]
车辆启动后，车身控制器对车辆进行上电自检，自检完成后若车辆状态正常则车辆启动行驶，如果存在故障则关闭车辆。
[0038]
车辆控制器控制联合控制器开启，联合控制器开启后对其功能进行初始化检测，检测无故障并初始化完成，则分别启动横向控制系统、纵向控制系统。
[0039]
步骤二：状态判断。
[0040]
s2.1横向控制中首先通过环境传感器中的图像传感器传输至联合控制器中的车道图像信息判断是否存在车道线；若存在车道线，则根据车道线信息拟合一条预测行驶轨迹a1，并根据该轨迹进行横向控制，a1通过一个三次多项式进行表达，。若不存在车道线，则进行下一步判断。
[0041]
s2.2若不存在车道线，则通过环境传感器中的图像传感器传输至联合控制器中的车身周围环境图像判断车辆前是否存在目标车，并判断目标车的类型；在不存在车道线的情况下，若目标车为两轮车，即认为本车车宽大于目标车车宽，此时，环境传感器判断距离自车中心点的位置左右两侧横向相差b米的范围内是否存在障
碍物，b为0.5倍的自车车宽
±
0.2~0.5米，如果没有障碍物，则以目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制，a2通过一个三次多项式进行表达，；若目标车不是两轮车，即认为目标车车宽大于或等于本车车宽，环境传感器判断目标的运行轨迹的横向偏差在0-0.4米的范围内，是否存在障碍物，若无障碍物，则根据目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制，否则退出横向控制系统并提醒驾驶员接管车辆，其中，以本车轨迹起始位置自车后轴的中心点为坐标原点，以车辆起始时的行驶方向为x轴方向，右侧横向为y轴方向，上述a1、a2表示车辆当前位置的横向距离y，x表示车辆当前位置的纵向距离。
[0042]
s2.3当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，新的目标轨迹通过以下公式进行计算，该公式设置在联合控制器中的转换模块中：
[0043]
其中，为当前时刻的目标车的轨迹；为前一时刻的目标车的轨迹；为采样时间；为切换时的轨迹曲线系数的初始权重，该权重可标定，根据实际情况设置（范围为0~1）；为有车道线时，目标轨迹的系数~的数组为无车道线时，目标轨迹的系数~的数组。在有车道线和无车道线之间切换时，持续计算新的行驶轨迹，直至车辆完全进入无车道线行驶状态。
[0044]
s2.4判断过弯曲率，若曲率半径小于200米（该数值可根据实际情况而定），即认为道路弯度大，横向控制系统难以控制本车过弯，此时横向控制退出并提醒驾驶员接管车辆，纵向控制系统控制本车保持原有的实际车速继续行驶，从而实现快速过弯。
[0045]
若曲率半径大于200米，则横向控制系统保持开启，车辆处于横纵向联合控制的状态。此时根据行驶路径上车辆的过弯曲率以及横向控制输出的扭矩大小，计算得到一个安全的纵向目标速度，具体如下：
[0046]
其中，为最终实际输出的纵向目标速度；为手动设定的纵向目标速度；为车辆当前实际车速；为道路曲率过弯系数；为横向控制扭矩过弯系数；为横摆角速度过弯系数。过弯系数、、均分为三段：
[0047][0048]
[0049]
其中r为曲率半径，为方向盘的横向扭矩，为自车横摆角速度。v1、v2、v3、r1、q1、y1均可以根据实际状况进行设定，本实施例中，考虑到目前大部分的公路限速标准，将v1设置为40kph，v2设置为80kph，v3设置为120kph，将r1设置为200m，q1设置为0.2，y1设置为8，即上述公式为：
[0050][0051][0052]
此外，当处于横纵向联合控制的状态下，若出现车前突然出现障碍物，即出现有人横穿马路的情况，或者目标车紧急刹车的情况，尤其是在省道或者国道，限速100kph或者80kph的情况，在上述情况下，本次设计考虑到横纵向控制的有效性，设计了如下控制：当自车车速大于45kph，且环境传感器获取到目标车左右存在本车能够通过的安全车道，则纵向功能进入制动模式，但是制动减速度不得超过-1m/s2，横向功能进行变道控制进入安全车道；当自车车速大于45kph，目标车左右不存在本车能够通过的安全车道，则横向控制退出，驾驶员接管，同时纵向控制进行紧急制动；当自车车速不大于45kph，此时横向控制退出，直接启动纵向控制紧急制动辅助。
[0053]
综上，本技术通过联合控制器中设置的算法，在有车道线和无车道线切换的过程中，计算新的目标轨迹，从而实现横向控制目标曲线的平稳切换，减小横向控制中方向盘发生抖动以及平滑切横向大转角或者扭矩的情况发生，使得横向控制有车道线和无车道线有目标切换时，横向控制输出更加平稳，驾驶感受更加舒适。
[0054]
同时本技术在横向控制激活后或者横向控制中时，同步适配纵向控制的加减速度，保持驾驶舒适性。
[0055]
横纵向联合控制遇到危险时，通过对不同场景的判断实施不同的安全制动，保持驾驶安全性以及舒适感。
[0056]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，开启横纵向控制系统；判断车辆行驶路径上是否有车道线；若无车道线则判断车辆前的目标车类型；当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，计算下一时刻的新的轨迹，所述新的轨迹的计算方式是基于目标车辆上一时刻的行驶轨迹计算目标车辆下一时刻的行驶轨迹，直至车辆完全进入无车道线行驶状态；判断车辆行驶路线中是否需要过弯；根据车辆实际行驶情况选择合适的控制方法。2.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，当环境传感器判断有车道线时，则根据车道线信息拟合一条预测行驶轨迹a1，并根据该轨迹进行对车辆进行横向控制。3.根据权利要求2所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，若目标车为两轮车，环境传感器判断距离自车两侧是否有障碍物，如果没有障碍物，则以目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制。4.根据权利要求2所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，若目标车不是两轮车时，则根据目标车的轨迹为本车行驶轨迹a2进行横向控制。5.根据权利要求3或4所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，所述行驶轨迹a1、a2均以三次多项式的形式表达，；。6.根据权利要求5所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，新的目标轨迹如下所示：其中，为当前时刻的目标车的轨迹；为前一时刻的目标车的轨迹；为采样时间；为切换时的轨迹曲线系数的初始权重，该权重可标定，根据实际情况设置（范围为0~1）；line
coeff
为有车道线时，目标轨迹的系数c0~c3的数组；nline
coeff
为无车道线时，目标轨迹的系数c
0n
~c
3n
的数组。7.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，当处于横向控制系统和纵向控制系统据开启时，若发生过弯，根据行驶路径上车辆的过弯曲率以及横向控制输出的扭矩大小，计算得到一个安全的纵向目标速度，具体如下：其中，为最终实际输出的纵向目标速度；为手动设定的纵向目标速度；为车辆当前实际车速；为道路曲率过弯系数；为横向控制扭矩过弯系数；
为横摆角速度过弯系数。8.根据权利要求7所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，所述过弯系数、、均分为三段，均分为三段，均分为三段，其中r为曲率半径，为方向盘的横向扭矩，为自车横摆角速度，v1、v2、v3、r1、q1、y1均为预设值。9.根据权利要求1所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤，当出现目标车紧急刹停时，若自车车速大于45kph，且环境传感器获取到目标车左右存在本车能够通过的安全车道，则纵向功能进入制动模式，但是制动减速度不得超过-1m/s2，横向功能进行变道控制进入安全车道；当自车车速大于45kph，目标车左右不存在本车能够通过的安全车道，则横向控制退出，驾驶员接管，同时纵向控制进行紧急制动；当自车车速不大于45kph，此时横向控制退出，直接启动纵向控制紧急制动辅助。10.一种基于如权利要求1-9中任意一项所述的车辆辅助驾驶的横纵向联合控制方法的控制系统，其特征在于，包括，环境传感器，所述环境传感器用于对车辆周围环境进行图像的拍摄和收集，以及车辆与周围障碍物之间距离的测量，所述环境传感器判断车辆当前行驶路径上是否有车道线；联合控制器，所述联合控制器用于接收外部环境信息，以及外部环境信息预处理和横纵向的规划和控制，所述联合控制器通过转换模块控制车辆在存在有车道线和无车道线两种情况之间切换时保持平稳行驶；车辆稳定系统，所述车辆稳定系统用于控制车辆行驶速度；转向助力系统，所述转向助力系统用于控制车辆行驶方向。

技术总结
本申请涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统及控制方法。一种车辆辅助驾驶的横纵向联合控制系统，包括环境传感器、联合控制器、车辆稳定系统、转向助力系统。一种控制方法，包括以下步骤，开启横纵向控制系统；判断车辆行驶路径上是否有车道线；若无车道线则判断车辆前的目标车类型；当车辆在行驶路线上存在有车道线和无车道线切换时，计算下一时刻的新的轨迹；判断车辆行驶路线中是否需要过弯；根据车辆实际行驶情况选择合适的控制方法。本发明的有益效果是，本申请通过联合控制器中设置的算法，在有车道线和无车道线切换的过程中，计算新的目标轨迹，从而实现横向控制目标曲线的平稳切换，提高驾驶舒适性。提高驾驶舒适性。提高驾驶舒适性。


技术研发人员：张民 郭子明 陈刚
受保护的技术使用者：常州星宇车灯股份有限公司
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/10/7