一种车道保持系统及方法技术方案

一种车道保持系统，包括车路关系感知单元、车辆参数获取单元、车道保持决策单元、转向控制单元，车路关系感知单元获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息，车辆参数获取单元获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息，车道保持决策单元通过CAN总线接收车路关系感知单元和车辆参数获取单元提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求，转向控制单元通过CAN总线接收车道保持决策单元发出的转向控制请求，完成车道保持控制。本设计不仅能预防车辆偏离车道的发生，而且控制准确、稳定性好、计算量少、反应快。

【技术实现步骤摘要】
一种车道保持系统及方法
本专利技术涉及车辆智能控制领域，尤其涉及一种车道保持系统及方法，主要适用于车辆在高速公路上自动行驶或者驾驶员授权车辆自行完成车道保持行驶。
技术介绍
随着车辆智能化和自动驾驶技术的发展，车道保持技术得到了越来越多的关注。对于由人驾驶的车辆，车道保持系统的目的是在不干扰驾驶员正常驾驶的情况下，通过干预车辆的行驶方向，使车辆避免在驾驶员无意识情况下偏离车道。对于自动驾驶车辆，通过完全接管驾驶任务来减轻驾驶员的负担，其车道保持系统需要控制车辆在车道内行驶。在现有的技术中，基于车辆位置和/或基于车辆信息和行驶环境信息，预测车辆未来的行驶轨迹，将它与期望的车辆位置进行比较来确定车辆转向控制力矩需求，再考虑对驾驶员的影响，最终确定实际转向控制力矩。在实际行驶环境中，影响转向力矩的因素较多，这可能导致自动驾驶车辆的车道保持措施不及时，车辆行驶不稳定甚至不能充分保障车道保持功能需求。中国专利，申请公布号为CN103287429A，申请公布日为2013年9月11日的专利技术公开了一种车道保持系统及车道保持控制方法，车道保持系统接收车道保持开关开启信号后，车道识别装置收集路况信息，车体信息收集装置收集车体信息，车道保持控制装置根据该路况信息及车体信息控制主动转向系统对车辆的行进进行调整，在上述对车辆的行进方向进行调整的过程中，若车道保持控制装置接收到操作切换信号，则关闭车道保持系统，转由驾驶员控制车辆行驶；若接收到驾驶员对方向盘施加转矩的转矩信号，则控制主动转向系统将该转矩抵消。虽然该专利技术在对车辆的行进方向进行调整的过程中能够根据驾驶员对车辆的不同操作动作做出相应处理，但是其仍然存在以下缺陷：该专利技术在接收到驾驶员对方向盘施加转矩的转矩信号后，车道保持控制装置结合路况信息、车体信息及该转矩信号计算出反向力矩大小并传输至电动助力转向系统控制器，由电动助力转向系统控制器控制转向电机将该转矩抵消，这样的设计会导致车辆的车道保持措施不及时，且操作过程中车辆行驶的稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的可靠性低、稳定性差的缺陷与问题，提供一种可靠性高、稳定性好的车道保持系统及方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种车道保持系统，该车道保持系统包括车路关系感知单元、车辆参数获取单元、车道保持决策单元、转向控制单元，所述车道保持决策单元分别通过CAN总线与车路关系感知单元、车辆参数获取单元、转向控制单元相连接；所述车路关系感知单元，用于获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息；所述车辆参数获取单元，用于获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息；所述车道保持决策单元，用于通过CAN总线接收车路关系感知单元和车辆参数获取单元提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；所述转向控制单元，用于通过CAN总线接收车道保持决策单元发出的转向控制请求，完成车道保持控制。所述行驶姿态偏差，通过比较车道方向和车辆行驶方向确定；所述前期车道保持误差，通过比较车辆当前位置和车辆前期目标位置确定；所述预测车道偏离量，通过比较车辆目标位置和车辆预测位置确定。所述车路关系感知单元包括摄像头与图像处理器。所述车辆参数获取单元包括方向盘转角传感器、车速传感器及横摆角速度传感器。一种车道保持方法，所述车道保持方法利用车道保持系统实现，车道保持方法包括以下步骤：S1、车路关系感知单元获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息；车辆参数获取单元获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息；S2、车道保持决策单元先接收车路关系信息和车辆状态信息，再通过上述信息确定车辆在车道中的当前位置及车辆行驶方向与车道方向的偏差，然后预测一定时间后车辆在车道中的预测位置、设定一定时间后车辆达到的目标位置，再通过比较车道方向和车辆行驶方向得到行驶姿态偏差、通过比较当前位置与前期目标位置得到前期车道保持误差、通过比较目标位置和预测位置得到预测车道偏离量，然后通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；S3、转向控制单元通过接收的转向控制请求完成车道保持控制。步骤S2中，所述转向控制需求通过以下函数实现：M（t）=Pd(t）×f1+Pe（t）×f2+Dd（t）×f3；其中：M为转向控制需求；Pd(t）为预测车道偏离量；Pe(t）为前期车道保持误差；Dd(t）为行驶姿态偏差；f1为与预测车道偏离量Pd(t）对应的前馈控制因子；f2为与前期车道保持误差Pe(t）对应的反馈控制因子；f3为与行驶姿态偏差Dd(t）对应的预先控制因子。所述前馈控制因子f1、反馈控制因子f2、预先控制因子f3都通过实车标定获得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种车道保持系统及方法中车道保持系统包括车路关系感知单元、车辆参数获取单元、车道保持决策单元、转向控制单元，车道保持决策单元用于通过CAN总线接收车路关系感知单元和车辆参数获取单元提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求，这样的设计不仅使得自动驾驶中车辆能够正确有效地保持在车道内行驶，而且提高了车辆行驶的稳定性能。因此，本专利技术可靠性高、稳定性好。2、本专利技术一种车道保持系统及方法中车道保持决策单元通过接收的信息确定车辆在车道中的当前位置及车辆行驶方向与车道方向的偏差，然后预测一定时间后车辆在车道中的预测位置、设定一定时间后车辆达到的目标位置，再通过比较车道方向和车辆行驶方向得到行驶姿态偏差、通过比较当前位置与前期目标位置得到前期车道保持误差、通过比较目标位置和预测位置得到预测车道偏离量，然后通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；上述设计中，基于行驶姿态偏差的预先控制，能够预防车辆偏离车道的发生；基于前期车道保持误差的反馈转向控制，具有控制准确、稳定性好的特点；基于预测车道偏离量的前馈转向控制，具有计算量少、反应快的特点。因此，本专利技术不仅能预防车辆偏离车道的发生，而且控制准确、稳定性好、计算量少、反应快。附图说明图1是本专利技术中车道保持系统的结构示意图。图2是本专利技术中车道保持方法的流程图。图3是本专利技术中车道保持决策模型图。图中：车路关系感知单元1、车辆参数获取单元2、车道保持决策单元3、转向控制单元4。具体实施方式以下结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参见图1至图3，一种车道保持系统，该车道保持系统包括车路关系感知单元1、车辆参数获取单元2、车道保持决策单元3、转向控制单元4，所述车道保持决策单元3分别通过CAN总线与车路关系感知单元1、车辆参数获取单元2、转向控制单元4相连接；所述车路关系感知单元1，用于获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息；所述车辆参数获取单元2，用于获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息；所述车道保持决策单元3，用于通过CAN总线接收车路关系感知单元1和车辆参数获取单元2提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车道保持系统，其特征在于，该车道保持系统包括车路关系感知单元（1）、车辆参数获取单元（2）、车道保持决策单元（3）、转向控制单元（4），所述车道保持决策单元（3）分别通过CAN总线与车路关系感知单元（1）、车辆参数获取单元（2）、转向控制单元（4）相连接；所述车路关系感知单元（1），用于获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息；所述车辆参数获取单元（2），用于获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息；所述车道保持决策单元（3），用于通过CAN总线接收车路关系感知单元（1）和车辆参数获取单元（2）提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；所述转向控制单元（4），用于通过CAN总线接收车道保持决策单元（3）发出的转向控制请求，完成车道保持控制。

【技术特征摘要】
1.一种车道保持系统，其特征在于，该车道保持系统包括车路关系感知单元（1）、车辆参数获取单元（2）、车道保持决策单元（3）、转向控制单元（4），所述车道保持决策单元（3）分别通过CAN总线与车路关系感知单元（1）、车辆参数获取单元（2）、转向控制单元（4）相连接；所述车路关系感知单元（1），用于获取车辆与两侧车道边界的位置关系、车辆方向与车道方向的姿态关系、前方车道位置和方向变化信息；所述车辆参数获取单元（2），用于获取车辆方向盘转角、车辆行驶速度及车辆横摆角速度信息；所述车道保持决策单元（3），用于通过CAN总线接收车路关系感知单元（1）和车辆参数获取单元（2）提供的信息，通过行驶姿态偏差、前期车道保持误差、预测车道偏离量确定转向控制需求；所述转向控制单元（4），用于通过CAN总线接收车道保持决策单元（3）发出的转向控制请求，完成车道保持控制。2.根据权利要求1所述的一种车道保持系统，其特征在于：所述行驶姿态偏差，通过比较车道方向和车辆行驶方向确定；所述前期车道保持误差，通过比较车辆当前位置和车辆前期目标位置确定；所述预测车道偏离量，通过比较车辆目标位置和车辆预测位置确定。3.根据权利要求1所述的一种车道保持系统，其特征在于：所述车路关系感知单元（1）包括摄像头与图像处理器。4.根据权利要求1所述的一种车道保持系统，其特征在于：所述车辆参数获取单元（2）包括方向盘转角传感器、车速传感器及横摆角速度传感器。5.一种车道保持方法，其特征在于：所述车道保持方法利用权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成海，张峻荧，樊景帅，张昌德，赵红旺，杨冬梅，张勇，倪洪飞，于涛，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42