LKA系统算法设计说明书.docx
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LKA系统算法设计说明书
LKA车道保持辅助系统
算法设计说明书
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1.0
初始版本
1概述
1.1目的
根据云度A101低成本样车ADAS系统功能需求和测试标准，本文定义了车道保持辅助子系统算法设计方案并对系统算法设计进行描述说明，为后续车道保持辅助系统学习、开发、性能优化及产品性能测试提供指导。
1.2适用范围
本文档适用于“车道保持辅助系统”（以下简称LKA）的算法开发、系统嵌入式软件开发、LKA产品性能测试过程。
系统算法功能定义
根据云度A101低成本样车ADAS系统LKA子系统功能需求，其算法功能定义如下：
1）当车辆在车道内行驶，如果有偏离出本车道的趋势以及已经偏出本车道一部分时，LKA系统会触发并使方向盘自动响应，使车辆驶回车道中心附近；
2）LKA系统能够根据当前车道线信息，实时计算当前时刻的方向盘期望转角，这个期望转角能使车辆稳定行驶在车道中，当系统使能时，此期望转角就发给转向电机，并使方向盘转动从而使车辆驶回车道中心附近；
3）车辆具备识别车道线功能，当车道线和光线较好情况下，能够根据当前车道线给出相对于自车位置的车道，并判断是否满足车道保持功能的条件；
4）驾驶员可通过APP进行LKA功能的开启与关闭；
5）驾驶员踩刹车或打转向灯进行主动干预时，LKA功能需要关闭；当驾驶员主动干预结束后LKA功能自动恢复；
6）LKA系统适用工况：
光线较好、车道线良好的、半径大于200m的车道（20~70km/h）；
注：
开启双闪灯状态下，LKA功能关闭；
系统功能算法设计
LKA系统功能算法设计方案包括系统接口定义、系统模块划分及功能模块算法设计三部分。
1.3系统的接口定义
LKA系统的接口定义如下。
图1LKA系统接口定义示意图
表1LKA系统接口定义列表
变量类型
编号
信号名称
描述
备注
输入变量
1
leftoffset
距离左车道线的偏距
m
2
rightoffset
距离右车道线的偏距
m
3
vehiclehalfwidth
车身宽度的一半
m
4
appldkenable
App使能信号
0/1
5
vehiclespeed
本车车速
km/h
6
gear
档位信号
7
minspeed
最小使能车速
km/h
8
turnleft
左转向灯信号
9
turnright
右转向灯信号
10
brakestatus
刹车信号
11
xpreviewnear2
近处预瞄点左侧的x坐标
m
12
ypreviewnear2
近处预瞄点左侧的y坐标
m
13
roadpointheading2
近处预瞄点左侧的航向角
deg
14
xpreviewnear1
近处预瞄点右侧的x坐标
m
15
ypreviewnear1
近处预瞄点右侧的y坐标
m
16
roadpointheading1
近处预瞄点右侧的航向角
deg
14
xpreview
远处预瞄点的x坐标
m
15
ypreview
远处预瞄点的y坐标
m
16
roadpointheading
远处预瞄点的航向角
deg
17
disfrontrear
前后轴间距
m
18
disleftright
后轴长度
m
输出变量
1
lkawarning
LKA使能信号
2
lkawarningleftright
LKA左右车道线预警信号
3
lkastate
LKA状态信号
4
lkalaneinfo
左右车道线信号
5
targetangle
方向盘期望转角
deg
1.4LKA系统模块组成
LKA系统主要由使能模块和方向盘期望转角计算模块组成，如图2和图3所示。
图2LKA系统使能模块示意图
图3LKA系统期望转角计算模块示意图
1.5功能模块算法设计
本节主要介绍LKA系统中各功能模块的算法。
使能模块
使能模块的功能是根据得到的车道线，计算车辆在一定时间内是否有偏出本车道的趋势，原理与车道偏离预警（LDW）系统一致，在此不再重复。
期望转角计算模块
期望转角是根据车辆与当前车道的相对位置关系得到的，具体是根据车辆Ackermann运动模型计算得到。
车辆以圆弧曲线运动来确定前轮中点转角的方法是选取车辆前方一定距离d处的期望路径上的坐标点（x_t,y_t），如图4所示。
假设以固定转角θ进行圆弧转弯运动，正好到达那个目标点，那么这个前轮转角θ就是当前时刻应该发出的期望转角，并在下一个采样时间用同样的方法进行更新。
图4圆弧确定前轮转角
确定圆弧半径R的方法：
1.如果车身朝向正对着预瞄点，那么R为无穷大，期望前轮转角为0；
2.如果车身没有正对着预瞄点，则定义车辆第二轴的中点坐标为（x_0,y_0），预瞄点坐标为（x_t,y_t），这两对坐标值为已知，并且圆弧中心的坐标（x_c,y_c）一定是在第二轴两轮连线的延长线上，那么圆心坐标应满足
（x_c-x_0）^2+（y_c-y_0）^2=（x_c-x_t）^2+（y_c-y_t）^2
y_c=k*x_c+b
其中，k和b由第二轴两轮的坐标来决定。
当得到圆心坐标后，圆弧半径为
R=sqrt（（x_c-x_0）^2+（y_c-y_0）^2）
则此时前轮中点期望转角为
θ_t=arctan（L/R）
（1）
通过
（1）式计算得到的前轮转角是根据车辆和预瞄点的位置准确地计算得出，并且也具有一定的物理含义，避免了参数和系数的选取，从而可以适应不同的车型。
将
（1）式中的结果变成角度值，并通过方向盘对前轮转角的传动比转换，即可得到方向盘的期望转角。
条件使能
当上述的时间标准给出的条件满足后，同时必须满足其它使能条件才能达到车道保持辅助的条件。
使能条件包括：
1.刹车
2.转向灯
3.档位
4.车辆距离左右车道线偏距在一定范围内
5.最低车速
6.App使能
7.车道线丢失信号
----------------------------------------------完-----------------------------------------------
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