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自动驾驶系统中的智能限速控制逻辑原理

2021-03-23 08:16:16 阿宝1990 微信号 

先进的驾驶辅助系统(亦称ADAS系统)是能够在一定程度上帮助驾驶员控制车辆进行纵向加减速,横向对中或换道,其原理是利用安装于车上的各式各样的传感器,在第一时间收集车内外的环境数据,进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理,从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险,以引起注意和提高安全性的主动安全技术。而对于智能驾驶系统安全性控制而言,其中最重要的控制逻辑是需要在很多情况下根据驾驶员设置、实际路况及地图输出的车道环境情况进行速度自动控制,或称限速控制。

早期的ADAS限速控制技术主要以被动式报警提示为主,当车辆检测到车辆超速危险时,会发出限速警报来提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况。而对于进一步自动驾驶研发性能来说,主动式干预减速才是真正能够避免超速或碰撞危险的方式。

对于限速而言这里我们讨论几种典型的限速工况及应对策略:

基于自车检测信息下的速度控制

基于自车检测信息下的速度控制(Speed Recognition Limit, SRL)是利用智能驾驶前视摄像头或高精地图发送识别的道路交通标志限速信息结合路况、路径规划(主要指驾驶员设置速度)等信息后调整当前车速,避免或减轻超速导致的巡航安全风险。

自动限速控制SRL是需要保证ADAS系统中ACC功能处于激活状态进行功能控制的(这里也可称之为巡航限速),对于自动限速控制而言,只要开启巡航激活控制状态下,会自动根据探测到的环境信息仅速度限制,这里设置为上电默认开启。当然驾驶员也可以通过软开关设置关闭,但是系统需要发出风险警告,且该设置不推荐。根据巡航速度调整依据可分为如下功能,其中仅SRL可通过HU软开关关闭。

对巡航限速而言,根据识别到的环境信息有如下不同的限速种类:

1)基于限速交通标志限速控制

基于限速标志车速限制有要求在识别到限速标志时,若当前车辆处于定速巡航功能控制状态,则对比限速标志值与当前车辆速度值,参照如下策略进行速度控制:

检测到驾驶员在HU上设置的限速功能为开启On状态;

检测到ACC进入巡航激活状态:限速功能核心算法模型是嵌入到ACC核心算法模块的,故启动期间需要ACC算法核先启动;

检测到具体限速标志值:该限速值已经经过校验且有效,具体校验方式,需要结合高精地图与摄像头进行;

检测到限速标志值位于本车道内:对于高速路限速控制而言,一般是保证其限速控制是将车辆限速控制在本车道内,相邻车道的限速控制需要在驾驶员通过激活转向灯触发自动换道后进行,而车道级限速标志的识别十分依赖于高精地图;

检测到实际速度与限速标志牌差值处于可控区间:对于自动限速而言,需要充分考虑检测的限速值与实际速度差值不可过大,因为过大的速度差值会影响对于纵向减速控制的稳定性,从功能安全上讲也是不能接受的,这里我们可以设置该差值满足0<?V<60kph为佳。当然有条件时,也可以在高速度低限速值的工况下针对不同的当前速度值标定不同的减速度区间加以控制,速度越高减速度越小;

2)基于识别匝道、隧道、收费站的速度控制

标准的高速路规定了关于匝道、隧道、收费站等不同道路类型对于车辆速度的要求,这类道路信息通常是通过高精地图探测得到,当系统检测到这类道路信息时,提前一定距离开始控制车俩减速,减速距离需要根据以上几种不同的道路类型进行分别定义。

道路类型

距离

减速值区间

限速原理说明

匝道

200~

500m

-3~-1m/s2

1)系统根据导航设置路径,确定车辆需要进出匝道时,若当前车道位于出匝道最近的车道,则系统判定不必换道,则系统通过距离匝道(300m>D>200m)处提前提示驾驶员进行减速控制;

2)当系统检测到进出匝道的目标车道不是当前本车道,则系统通过距离匝道(500m>D>300m)处提前提示驾驶员提前进行减速及换道控制。该过程可以是先在本车道内进行减速再换道至目标车道,也可以是先换道至目标车道在进行减速,也可以是在两个车道中分别进行适当减速,对于保证驾驶员减速舒适性考虑,我们推荐最后一种方式。

3)匝道减速需充分考虑匝道曲率(保证安全过弯)与匝道限速值(设置默认匝道限速值为60kph)对限速的影响,限速过程中,取两者的最小值,保证安全的进入匝道。

隧道

200m

-1.5~-1m/s2

1)高速路和快速路时,如果隧道前存在限速值,则按照限速值限制车辆当前进入隧道的最低速度,如果没有则按照60km/h(最低限速值)进行限速;

2)城市道路时,如果隧道前存在限速值,则按照限速值限制隧道减速的最低速度,如果没有则按照40km/h(最低限速值)进行限速。

收费站

1000m

-3~-1m/s2

进入收费站前一定距离控制车辆进行自动减速,且减速后保证能在收费站前一定距离将车辆刹停。此过程中,若检测到驾驶员处于未接管车辆控制状态,需要进行一定程度的接管报警。

3)基于识别弯道曲率的速度控制

当前对于弯道限速控制主要是通过控制其纵向加速度从而限制其纵向速度的输出,其原理表示如下:

如上公式中τ表示系统计算的避撞时间,该Vobj表示了可以避撞的临界速度值。即在一定的时间τ内,需要完成从当前速度Vcur减速到目标车速Vobj上。

其中,为了更好地实现弯道限速性能,系统通过接收来自于传感器或高精地图探测的弯道曲率Ks,可以实现对不同弯道的动态限速。

手动限速控制逻辑

此外,为了获取更好的限速体验感,限速控制也可以在充分尊重驾驶员意图的情况进行,及识别到限速标志并将做出限速控制前,通过仪表提示驾驶员确认是否启动限速控制(提示过程可采用文字提示,或复用巡航按键Set进行闪烁提示的方式),驾驶员可通过按压巡航按键Set一键确认启动限速控制。

当然,限速控制中也要考虑限速恢复的问题,即当系统根据前时刻识别到限速值RSL_Speed(t-1)并进行限速控制后,又重新识别到新的限速值RSL_Speed(t),且当前限速值RSL_Speed(t)>RSL_Speed(t-1)时,系统可以根据最新限速值RSL_Speed(t)、驾驶员设置速度值ACC_SpeedSet、前车速度值(若有前车)中的最小值进行加速恢复控制逻辑,通过提示驾驶员恢复速度设置的方式(如仪表文字提示,或复用巡航按键Set进行闪烁提示的方式)提示驾驶员进行速度恢复设置,此时驾驶员可通过按压巡航按键Set一键确认恢复ACC自动巡航控制车辆加速到系统目标速度值。

这里需要注意限速控制提醒时间一般设置为5-10s,若在此期间,有两种情况需要考虑到:其一,变化后的限速值小于当前巡航车速,则需要在维持限速报警提示的同时,根据最新识别到的道路限速值重新规划限速控制;其二,变化后的限速值大于当前巡航车速,则系统判定不需要在进行限速控制,则终止此次限速过程,不再进行报警提示;

同时,如果限速控制期间,驾驶员踩油门进行加速,系统仍旧要尊重驾驶员意图,此时系统跳转至驾驶员纵向超越控制状态Override,当驾驶员松开油门后,系统应该按照最近识别到的限速标志值重新进行减速控制。

高精地图与摄像头识别校验逻辑

对于自动驾驶道路识别而言,采用融合高精地图+摄像头的方式进行识别,区分如下静态目标与动态目标。一般的,高精地图在制图前期融合了各类传感器和GPS等探测的整体环境数据,故其对于静态目标的识别较动态目标更为准确,而摄像头等传感器装置是通过实时的检测道路环境信息,且刷新率较高,故对于道路动态目标识别则更为准确。对于既有高精度地图又有摄像头等传感器的智能汽车,需要在环境识别中综合考虑两者探测的优势与劣势。充分利用高精地图对静态目标的识别,为摄像头、雷达等传感器打下坚实的环境识别基础,并倾注于更多精力识别环境中的动态变化部分。

在一些特定情况下,高精地图识别环境信息结果可能与摄像头识别的环境信息结果不一致,比如高精地图识别结果显示前方限速80,摄像头可能未识别或识别为60,系统则需要根据两者具体识别情况进行信息校验判断出合理的识别信息。这里需要说明一下关于高精地图与摄像头关于限速识别信息的校验逻辑。

?目标类型

识别控制类型

主校验单元

静态目标

匝道

高精地图

隧道

1)隧道前后:高精地图

2)隧道中:车载传感器

收费站

高精地图

弯道

1)高速路或快速路:高精地图;

2)城市道路:车载传感器

动态目标

前方交通流

车载传感器

施工区域

车载传感器

前方事故

车载传感器

基于车路协同作用下的限速控制

在车路协同下,道路基础建设更多的是政府、科技企业来投入,在车路协同完善后,车辆与车辆之间能够通过道路设备进行沟通,两车的行车速度可以得到有效的统一。即前车的速度可以很好的为本车车速控制所利用,为了保证安全行驶,本车需要降低速度到与前车保持一致。而这也导致跟车距离能够得到缩短,同一时间一段道路上就能够通行更多的车辆,增加了道路使用效率,同时减少了堵车现象。

—END—

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(责任编辑:李莹 HN016)
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