LKA系統(tǒng)算法設計說明書

LKA車道保持輔助系統(tǒng)算法設計說明書

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更改歷史版本更改描述更改日期更改人1.0初始版本目錄TOC\o"1-5"\h\z概述 4\o"CurrentDocument"目的 4適用范圍 4系統(tǒng)算法功能定義 4系統(tǒng)功能算法設計 4\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)的接口定義 5\o"CurrentDocument"LDW系統(tǒng)模塊組成 7功能模塊算法設計 8橫向偏離速度模塊 8偏離預警邏輯處理模塊 81概述1.1目的根據(jù)云度A101低成本樣車ADAS系統(tǒng)功能需求和測試標準，本文定義了車道保持輔助子系統(tǒng)算法設計方案并對系統(tǒng)算法設計進行描述說明，為后續(xù)車道保持輔助系統(tǒng)學習、開發(fā)、性能優(yōu)化及產(chǎn)品性能測試提供指導。1.2適用范圍本文檔適用于“車道保持輔助系統(tǒng)”(以下簡稱LKA)的算法開發(fā)、系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)、LKA產(chǎn)品性能測試過程。2系統(tǒng)算法功能定義根據(jù)云度A101低成本樣車ADAS系統(tǒng)LKA子系統(tǒng)功能需求，其算法功能定義如下：當車輛在車道內(nèi)行駛，如果有偏離出本車道的趨勢以及已經(jīng)偏出本車道一部分時，LKA系統(tǒng)會觸發(fā)并使方向盤自動響應，使車輛駛回車道中心附近；LKA系統(tǒng)能夠根據(jù)當前車道線信息，實時計算當前時刻的方向盤期望轉(zhuǎn)角，這個期望轉(zhuǎn)角能使車輛穩(wěn)定行駛在車道中，當系統(tǒng)使能時，此期望轉(zhuǎn)角就發(fā)給轉(zhuǎn)向電機，并使方向盤轉(zhuǎn)動從而使車輛駛回車道中心附近；車輛具備識別車道線功能，當車道線和光線較好情況下，能夠根據(jù)當前車道線給出相對于自車位置的車道，并判斷是否滿足車道保持功能的條件；駕駛員可通過APP進行LKA功能的開啟與關(guān)閉；駕駛員踩剎車或打轉(zhuǎn)向燈進行主動干預時，LKA功能需要關(guān)閉；當駕駛員主動干預結(jié)束后LKA功能自動恢復；LKA系統(tǒng)適用工況：光線較好、車道線良好的、半徑大于200m的車道(20~70km/h)；注：開啟雙閃燈狀態(tài)下，LKA功能關(guān)閉；3系統(tǒng)功能算法設計LKA系統(tǒng)功能算法設計方案包括系統(tǒng)接口定義、系統(tǒng)模塊劃分及功能模塊

算法設計三部分。3.1系統(tǒng)的接□定義LKA系統(tǒng)的接口定義如下。圖1LKA系統(tǒng)接口定義示意圖表1LKA系統(tǒng)接口定義列表變量類型編號信號名稱描述備注輸入變量1leftoffset距離左車道線的偏距m2rightoffset距離右車道線的偏距m3vehiclehalfwidth車身寬度的一半m4appldkenableApp使能信號0/15vehiclespeed本車車速km/h

6gear檔位信號7minspeed最小使能車速km/h8turnleft左轉(zhuǎn)向燈信號9turnright右轉(zhuǎn)向燈信號10brakestatus剎車信號11xpreviewnear2近處預瞄點左側(cè)的x坐標m12ypreviewnear2近處預瞄點左側(cè)的y坐標m13roadpointheading2近處預瞄點左側(cè)的航向角deg14xpreviewnear1近處預瞄點右側(cè)的x坐標m15ypreviewnear1近處預瞄點右側(cè)的y坐標m16roadpointheading1近處預瞄點右側(cè)的航向角deg14xpreview遠處預瞄點的x坐標m15ypreview遠處預瞄點的y坐標m16roadpointheading遠處預瞄點的航向角deg17disfrontrear前后軸間距m18disleftright后軸長度m輸出變量1lkawarningLKA使能信號2lkawarningleftrightLKA左右車道線預警信號3lkastateLKA狀態(tài)信號4lkalaneinfo左右車道線信號5targetangle方向盤期望轉(zhuǎn)角deg

3.2LKA系統(tǒng)模塊組成LKA系統(tǒng)主要由使能模塊和方向盤期望轉(zhuǎn)角計算模塊組成，如圖2和圖3所示。kk圖2LKA系統(tǒng)使能模塊示意圖

QUS-QUS-圖3LKA系統(tǒng)期望轉(zhuǎn)角計算模塊示意圖3.3功能模塊算法設計本節(jié)主要介紹LKA系統(tǒng)中各功能模塊的算法。使能模塊使能模塊的功能是根據(jù)得到的車道線，計算車輛在一定時間內(nèi)是否有偏出本車道的趨勢，原理與車道偏離預警(LDW)系統(tǒng)一致，在此不再重復。期望轉(zhuǎn)角計算模塊期望轉(zhuǎn)角是根據(jù)車輛與當前車道的相對位置關(guān)系得到的，具體是根據(jù)車輛Ackermann運動模型計算得到。車輛以圓弧曲線運動來確定前輪中點轉(zhuǎn)角的方法是選取車輛前方一定距離d處的期望路徑上的坐標點(x_t,y_t)，如圖4所示。假設以固定轉(zhuǎn)角0進行圓弧轉(zhuǎn)彎運動，正好到達那個目標點，那么這個前輪轉(zhuǎn)角0就是當前時刻應該發(fā)出的期望轉(zhuǎn)角，并在下一個采樣時間用同樣的方法進行更新。

(Vry_t)y_c)V11(Vry_t)y_c)V11圖4圓弧確定前輪轉(zhuǎn)角確定圓弧半徑R的方法：如果車身朝向正對著預瞄點，那么R為無窮大，期望前輪轉(zhuǎn)角為0；如果車身沒有正對著預瞄點，則定義車輛第二軸的中點坐標為(x_0,y_0),預瞄點坐標為(x_t,y_t)，這兩對坐標值為已知，并且圓弧中心的坐標(x_c,y_c)一定是在第二軸兩輪連線的延長線上，那么圓心坐標應滿足(x_c-x_0)A2+(y_c-y_0)A2=(x_c-x_t)A2+(y_c-y_t)A2y_c=k*x_c+b其中，k和b由第二軸兩輪的坐標來決定。當?shù)玫綀A心坐標后，圓弧半徑為R=sqrt((x_c-x_O)人2+(y_c-y_0)人2)則此時前輪中點期望轉(zhuǎn)角為乞t=arctan(L/R) (1)通過(1)式計算得到的前輪轉(zhuǎn)角是根據(jù)車輛和預瞄點的位置準確地計算得出，并且也具有一定的物理含義，避免了參數(shù)和系數(shù)的選取，從而可以適應不同的車型。將(1)式中的結(jié)果變成角度值，并通過方向盤對前輪轉(zhuǎn)角的傳動比轉(zhuǎn)換，即