[發明專利]車輛行駛軌跡預測和軌跡偏離危險度評估的系統與方法

有效

• 申請號: 202110025079.3
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112733270B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 李道飛;林思遠;劉關明;肖斌;潘豪;胡建侃
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種車輛行駛軌跡預測和軌跡偏離危險度評估的系統與方法，基于車輛動力學模型，設計傳感器濾波融合估計算法和卡爾曼預報器，估計、預測車輛的運動和位姿；結合目標軌跡，根據實際軌跡控制器設計預測用的軌跡控制算法、預測下一步控制動作，輸入卡爾曼預報器，獲得下一步預測結果，然后估計和預測車輛模型干擾，進一步修正軌跡預測結果，并重復直至完成剩余步數的軌跡預測；根據車輛位姿預測和目標軌跡，計算車輛角點與目標軌跡車道線距離的預測值與預測誤差的方差，評估得到車輛軌跡偏離危險度。本發明可克服傳統算法限定條件嚴格、未考慮閉環控制引起的準確度不足，提高車輛軌跡預測精度，得到的軌跡偏離危險度可用于自動駕駛緊急干預的依據。

技術領域

本發明屬于智能網聯車輛技術領域，尤其涉及一種車輛行駛軌跡預測和軌跡偏離危險度評估的系統與方法。

背景技術

車輛以安全、舒適的狀態行駛在預期車道位置，是駕駛中的核心任務，是目前車道偏離預警系統(LDW，Lane Departure Warning)、車道保持輔助系統(LKA，Lane KeepingAssist)、車道中心保持輔助系統(LCA，Lane CenteringAssist)等先進駕駛輔助系統(ADAS，Advanced Driving Assistance System)的目標，也是自動駕駛(ADS，AutomatedDriving system)中的核心目標之一。在這些ADAS、ADS系統中，車輛行駛軌跡的估計或預測方法是系統能按照預期計劃實現偏離預警、糾偏干預、自動循跡駕駛的關鍵。

目前在車輛的車道偏離預警系統或者車道保持輔助系統的研究內容中，對于車輛是否會在未來一段時間內有駛離車道風險的決策手段主要有：基于車輛輪胎跨越車道線的時間TLC(Time to Line Crossing)的方法、基于未來偏移量差異FOD(Future OffsetDifference)的方法，以及基于車道線夾角大小關系的方法。其中，基于TLC的方法假設車輛保持現有的航向角不變或保持現有的前輪轉角不變，使用直線軌跡或者圓軌跡來近似車輛未來的行駛軌跡，并計算車輛當前位置距離軌跡與車道線的交點的距離，用這個距離除以車輛的當前車速得到TLC，當TLC小于閾值時發出報警。基于FOD的方法考慮了駕駛人的個人駕車習慣，在繪制虛擬的車道邊界時添加了駕駛人自然轉向時習慣的偏移量。基于車道線夾角大小關系的方法主要基于對圖像的處理，首先將攝像頭拍攝的圖片經過一定的后處理獲得左右車道線在圖像中的位姿信息，然后比較左右車道線與水平線的夾角，若左車道線與水平線的夾角持續增大且右車道線與水平線的夾角持續減小，則說明車輛正在向左偏離車道中心，當左車道線與水平線的夾角增大到某一閾值時，則判定車輛將要駛離車道，同理對右車道線亦然。

比較而言，基于TLC的方法的假設條件過于理想，若車輛的航向角或者車速在預測時域內發生改變，則該方法決策的結果就會出現誤差；對于基于FOD的方法，雖然該方法考慮了駕駛人的駕駛習慣，實驗也證明了這個方法能有效地降低預警地誤報率，但是該方法與基于TLC方法相似，基于車速保持不變的假設，與實際可能不符；對于基于車道線夾角大小關系的方法，該方法的有效性依賴于車輛的位姿、車道線形狀等因素，通用性差，而且無法對未來的情況進行預測。

總結來看，已有的軌跡預測方法存在上述諸多不足，此外均未考慮包括車道保持控制、車道循跡控制等車輛自有ADAS/ADS系統所搭載的閉環控制算法，因此在實際精度方面存在嚴重不足，無法作為ADAS/ADS高精度軌跡預測所用，更無法用于監督ADAS/ADS系統是否安全運行。

另一方面，車載傳感器的發展趨勢表明，未來車輛將會搭載除了攝像頭之外的高精地圖、組合慣性導航、高精度定位等先進傳感器，這為更精確、及時的車輛軌跡預測算法開發提供了新的可能。利用自動駕駛車輛搭載的高精地圖、攝像頭與GNSS/IMU(組合慣性導航，Global Navigation Satellite System/Inertial Measurement Unit))共同對車道線、本車位置進行感知，并進行一定的數據融合，就可以獲得較為準確的車道線位姿信息與車輛位置的一個置信區域。

發明內容