基于雙向線性插值的車道輔助系統(tǒng)障礙避讓研究

覃振杰 熊鐸程 林智桂 覃高峰 廖尉華

車道保持輔助系統(tǒng)是應(yīng)用在智能車輛上，為駕駛員提供輔助避免駛出車道的智能輔助系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)一般有兩種，一是當(dāng)車輛即將行駛出本車道時(shí)，對(duì)車輛提供轉(zhuǎn)向輔助使車輛回到本車道內(nèi)；二是以車道中心線為車輛的期望行駛路徑，當(dāng)車輛偏離車道中心線時(shí)控制車輛回到車道中心線上。一般車道保持輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都會(huì)同時(shí)采用兩種控制策略。

在使用攝像頭傳感器的解決方案中，主要利用對(duì)車道線與自車的相對(duì)距離與方向進(jìn)行識(shí)別，計(jì)算出車道中心線作為車輛行駛的期望行駛路徑。這一行駛策略并不能在所有的駕駛場(chǎng)景上帶來(lái)良好的駕乘體驗(yàn)。例如，智能車輛在行駛中發(fā)生會(huì)車時(shí)，駕駛員往往會(huì)偏離駕駛，僅行駛在車道中心線并不能實(shí)現(xiàn)這一功能。為了模擬這一駕駛策略，本文基于單攝像頭的傳感器解決方案，提出了使用攝像頭可提供的信息，在滿足避讓要求下，將車道中心線進(jìn)行偏置后作為期望行駛路徑的局部路徑規(guī)劃方法，以實(shí)現(xiàn)智能車輛的避讓效果。

（一）雙向線性插值

雙線性插值實(shí)際上是進(jìn)行了兩個(gè)方向的單向線性插值計(jì)算，其主要算法是利用與待插值點(diǎn)臨近的四個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行加權(quán)平均，求出待插值點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的值。

本文算法中偏置量的計(jì)算將自車與避讓車輛的縱向距離x、自車車速v構(gòu)成插值點(diǎn)Rxv，f（Rxv）表示偏置量。使用公式一可快速計(jì)算出四個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)范圍內(nèi)任意點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的偏置量。

（二）偏置避讓在線算法介紹

在線算法計(jì)算偏置量流程為：

1.功能是否開(kāi)啟，若關(guān)閉本次運(yùn)行周期不進(jìn)行偏置計(jì)算。

2.左右車輛是否滿足偏置xstar距離要求。

兩側(cè)車道上大型車輛距離大于偏置距離時(shí)（根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，若沒(méi)有車輛認(rèn)為車距大于偏置距離），進(jìn)行偏置量1的計(jì)算。

計(jì)算偏置量1

偏置量1是車輛偏離道路邊緣的橫向距離，根據(jù)當(dāng)前自車縱向車速進(jìn)行單向線性插值計(jì)算偏置量1。車速與偏置量成反比趨勢(shì)。將固定速度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏置量設(shè)置為標(biāo)定值，通過(guò)改變標(biāo)定值來(lái)調(diào)整其他速度偏置量。

3.單側(cè)是否有大車距離小于偏置距離

僅有單側(cè)車距小于xstar，車輛類型為避讓類型時(shí)，判斷偏置側(cè)是否為柵欄或道路邊緣，若是則取消偏置，否則計(jì)算偏置量2。例如，當(dāng)逐漸駛近右側(cè)車道上的大型車輛，考慮期望路徑向左偏。若此時(shí)左側(cè)車道線類型為道路邊緣，或是右側(cè)車輛距離也小于安全距離，則退出偏置。

（1）偏置量2的計(jì)算

偏置量2為與大型車輛靠近時(shí)對(duì)其避讓的偏置距離。用O表示偏置量2，計(jì)算O的公式為：

O=|H|-R*M （2）

式中，M表示半車寬度，H為半車道寬度，R為偏置補(bǔ)償系數(shù)。根據(jù)當(dāng)前自車縱向速度v與大車距離x，雙向線性插值計(jì)算出偏置補(bǔ)償系數(shù)R。

（2）保證偏置后車輛不會(huì)駛出本車道

將偏置量O限制在[0，（H-M-T）]的范圍之內(nèi)。其中，T為預(yù)設(shè)的偏離閾值，H-M-T計(jì)算結(jié)果為最大偏置量Omax。其中，偏執(zhí)量從0增加到Omax所需的時(shí)間限制為T(mén)offset。

4.退出偏置

若偏置量的絕對(duì)值小于0.01，則將偏置量置為0。否則對(duì)偏置量梯度下降到0。梯度值由退出偏置時(shí)間Texit決定。

5.疊加偏置量。

將計(jì)算出的偏置量作用到期望路徑上。

為了驗(yàn)證本文避讓算法的有效性和可行性，使用MATLAB軟件建立仿真環(huán)境，模擬車輛行駛過(guò)程中對(duì)大型車輛的偏置量計(jì)算結(jié)果。仿真環(huán)境下車道寬度設(shè)為3.5m，車輛寬度為2m。

（一）期望偏置行駛過(guò)程參數(shù)設(shè)置

當(dāng)自車與大型車輛之間的距離小于開(kāi)始偏置距離，開(kāi)始計(jì)算偏置量，并且在Toffset時(shí)間內(nèi)偏置量從0開(kāi)始增加到最大偏置量Omax，并保持最大偏置量行駛，直到滿足退出偏置條件，退出偏置時(shí)間為T(mén)exit。在不同車速下，相關(guān)參數(shù)設(shè)定如表1所示。

根據(jù)表1，我們由預(yù)設(shè)最大偏置量計(jì)算出對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)速度與距離點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的偏置補(bǔ)償系數(shù)R作為已知插值點(diǎn)的值，用于計(jì)算其他情況下的偏置補(bǔ)償系數(shù)R，如表2所示。

（二）根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行偏置量計(jì)算

假設(shè)1，自車對(duì)右側(cè)相鄰車道上避讓車輛進(jìn)行超車，自車速度逐漸增加到80km/h且均大于避讓車輛，周圍環(huán)境滿足避讓要求。根據(jù)設(shè)定的補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)以下幾種車速和距離進(jìn)行偏置量的仿真計(jì)算。若車距為70m，自車車速為65km/h時(shí)，理想偏置量為0.08；若距離為35m，自車車速增加到80km/h，則偏置量為0.32m；此后車輛保持80 km/h的速度或更快車速進(jìn)行超車，當(dāng)距離越來(lái)越小時(shí)，偏置量插值計(jì)算結(jié)果均為0.32m，直到超越目標(biāo)避讓車輛。上述車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中期望路徑的偏置變化仿真結(jié)果如圖1所示。

假設(shè)2，車輛以70km/h的速度勻速駛離右側(cè)相鄰車道上目標(biāo)避讓車輛，由表1可知，完成退出偏置時(shí)間為2.4s，由表2插值計(jì)算出70km/h的最大偏置距離為0.33m，則開(kāi)始退出偏置時(shí)期望路徑已經(jīng)相對(duì)于車道中心線向左偏置了0.33m，偏置量周期衰減梯度值為0.00275m。如圖2所示，計(jì)算了退出偏置時(shí)幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)下偏置量的衰減結(jié)果，表示期望路徑由偏置逐漸回歸到車道中心線上的變化情況。

為增加車道輔助系統(tǒng)中智能車輛的避讓性，在一定場(chǎng)景下提高系統(tǒng)的智能性與駕乘舒適性，本文提出了根據(jù)自車速度與目標(biāo)避讓車輛距離進(jìn)行雙向線性插值計(jì)算偏置量的方法，根據(jù)預(yù)期避讓行駛效果，決定避讓算法的相關(guān)參數(shù)，從而計(jì)算出預(yù)設(shè)車速與距離對(duì)應(yīng)的偏置補(bǔ)償值，作為計(jì)算所有偏置量的依據(jù)。將預(yù)設(shè)車速、距離及其偏置補(bǔ)償值設(shè)定為標(biāo)定量，在實(shí)車調(diào)試時(shí)可根據(jù)車輛實(shí)際行駛表現(xiàn)快速進(jìn)行修改，達(dá)到不同的避讓效果，具有計(jì)算簡(jiǎn)便，調(diào)試靈活，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以很好增加車道輔助系統(tǒng)的避讓性。

作者單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司