用于控制车辆车道保持的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制车辆的车辆车道保持的方法，所述车辆具有借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，所述方法包括：测量至少一个车辆位置输入信号，其中使用车载视觉系统来确定呈车道曲率形式的相对车辆车道位置；将相对车辆车道位置变换为目标偏航和/或横向车辆状态；测量至少一个转向输入信号；根据所述一个或多个测得的转向输入信号确定由驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值；将所述扭矩值变换为相对于上述目标偏航和/或横向车辆状态的驾驶员目标相对偏航和/或横向车辆状态；将所述目标偏航和/或横向车辆状态与所述驾驶员目标相对偏航和/或横向车辆状态相加在一起；以及将所得偏航和/或横向车辆状态用作到一个或多个控制器的参考信号，以用于对所述一个或多个车辆状态致动器的所提到的控制。

Methods and systems for controlling vehicle lane keeping

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制车辆车道保持的方法和系统
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的用于控制具有电动助力转向的车辆的车道保持的方法，并且涉及具有权利要求17的第一部分的特征的用于控制具有电动助力转向的车辆的车道保持的系统。
技术介绍
车道保持辅助、车道保持支持或自动驾驶仪（下文称为LKA）是旨在帮助驾驶员将车辆保持在道路车道中的车辆功能。取决于立法和发展成熟度，引导原则可显著不同，跨度为从在检测到驾驶员使车辆转向时只是至少在合理的时间跨度内帮助驾驶员遵循车道到保持转向盘并且潜在地还在不同自主程度上是主动的，在这种情况下，驾驶员根本不需要主动。其它记载的LKA行为是不持续地引导驾驶员而是仅在驾驶员将将要漂移出车道时才引导驾驶员的功能。如上所述的传统的LKA变型在一系列重要的情况下缺乏与驾驶员的良好交互：-驾驶员可能不总是希望在车道的中间驾驶，而是希望在车道的一侧驾驶。其原因可能是例如因为车道非常宽（如对于一些高速公路），以及驾驶员希望通过或希望让其他人通过。这对于卡车尤其常见。重型卡车的另一个重要方面是驾驶员可能希望使拖车而不是牵引车辆居中（由于例如路边薄弱）。驾驶员常常希望将车辆定位在车道中心之外的其它情况是当车道具有驾驶员希望避开的纵向车辙时。这些车辙常常是填充有水。在道路上也可能发生事故或轮胎移位。还有另一种情况是当存在道路建设时，使得驾驶员希望增加与例如障碍物的距离。-LKA缺乏与驾驶员的交互的另一常见情况是当驾驶员希望变换车道时。这常常使得需要在车道变换期间关闭LKA功能。-又一种情况是当驾驶员希望持续地转向时，但具有带有低的转向努力的便利性，即驾驶员希望具有减小引导、努力的功能。前面提到的两个LKA缺点的结果是，驾驶员无法喜欢LKA功能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是分别提供一种方法和系统，通过该方法和系统克服了一个或多个上述问题和缺点。根据本专利技术的一个方面，目的是提供一种系统和方法，所述系统和方法分别允许既根据来自传统LKA的信息来控制车辆并且又增加用于添加驾驶员输入的能力以便使驾驶员能够控制车道位置。特别目的是分别为驾驶员提供能够控制车辆的车辆车道轨迹的系统和方法。这些目的通过分别如最初提到的具有相应独立权利要求的特征的方法和系统来实现。有利的实施例由从属权利要求给出，并且在说明书中予以讨论。特别地，在有利的实施例中，如上文提到的混合控制如下实现：-车辆位置识别功能通过从车载视觉系统、车载激光雷达系统、车载雷达系统、车载远程通信系统或车载GPS系统实现的信息来识别相对于道路的实际车道的车辆位置。所实现的数据呈例如横向车道位置、方位角、车道曲率以及相对于车辆前进方向的空间坐标的车道曲率导数的形式。LKA功能还用于计算相对于上述相对于实际车道的车辆位置的目标车辆路径。因此，根据上述传统LKA可获得控制车辆所需的目标车辆路径。-与该车辆位置识别并行地，进行驾驶员预期的车辆车道位置识别。在Birk（WO2010144049Al）中示出了驾驶员借助于向转向盘施加扭矩来控制车辆的横向状态。该扭矩被变换成相对于上述目标横向状态的目标横向车辆状态。根据本专利技术的这个方面，利用这两个目标车辆路径，可以将两个目标车辆路径相加，使得驾驶员可以以驾驶员可以控制在车道内或甚至车道外的车道位置的同时减少努力的方式遵循车道。在详细描述以及从属权利要求中描述了另外的实施例。应当理解，在不偏离由所附权利要求限定的本专利技术的范围的情况下，本专利技术的特征易于以任何组合方式组合。有利的实施例由相应的所附从属权利要求给出。附图说明下面将仅通过示例以非限制性方式并参考附图来进一步描述本专利技术，其中：图1是示出用于车辆助力转向的转向系统的示意图，图2是示出车辆状态和转向盘扭矩之间的关系的示意图，图3是示出了车辆在具有位置指示变量的道路上的示意图，以及图4是示出用于控制横向车辆状态的控制图的示意图。本专利技术的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，附图仅用于图示的目的而设计，并且不是作为对本专利技术的限制的定义，对于本专利技术的限制，应当参考所附权利要求和作为整体的描述。还应当理解，附图不一定按比例绘制，并且除非另有指示，否则它们仅旨在概念性地图示本文描述的结构和程序。相同的附图标记用于图示不同附图中的对应特征。具体实施方式图1是可以实施本专利技术概念的转向系统100的示意图。在车辆的助力转向系统中，在前轴负重轮127和转向盘120之间存在联动装置。该联动装置由转向齿条124组成，其具有经由小齿轮122连接到转向柱121的相关联的拉杆125。转向柱121结合有扭力杆128，扭力杆128具有用于测量由驾驶员施加的转向扭矩的扭矩传感器。辅助扭矩由转向辅助致动器致动，转向辅助致动器由辅助马达115和ECU110组成。对转向辅助致动器中的辅助致动水平的控制由ECU中的控制系统控制。图2是示出横坐标上的车辆状态210和纵坐标上的转向盘扭矩220之间的关系的示意图。实线230对应于车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系。虚线240对应于如何使用转向盘扭矩来实现车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系上的工作点。虚线250对应于如何使用车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系上的工作点来实现目标横向状态。因此，根据本专利技术，转向盘扭矩可以通过上述虚线240和250被变换为目标横向状态。图3是示出与车道上或车道内的车辆位置相关的示例性位置指示变量的示意图。车辆480位于车道中，其具有起始于车道的中心线330的横向车道位置Δy310以及与车道的中心线的切线的方位角θ320。车道的中心线330具有车道曲率κ和相对于距当前位置的向前距离的空间车道曲率导数κ'。如将在下面的实施例中进一步描述的，驾驶员可以具有将车辆定位在与车道的目标中心线350相差增量（delta）横向车道位置δΔy360的位置的意图。图4是示出根据本专利技术的对若干个控制步骤的控制方案的示意图。具有其若干个子系统的车辆480在每一时间处具有数个状态，其中状态被定义为平移或旋转位置、速度或加速度。这些状态由虚线405示意性地表示。车辆480配备有数个传感器410，用于直接或间接地测量所述一种或多种车辆状态。可以使用不同类型的传感器，诸如扭力杆扭矩传感器、转向盘角度传感器、车轮速度传感器、车辆偏航率传感器、车辆横向加速度传感器或车辆速度、旋转速度传感器和车载视觉系统的集群。一个或多种车辆状态405的一个或多个感测值或测量值通过使用信号总线415被传送给控制步骤，其中信号总线是可以在其上读取和/或传输信号的传输路径。为了控制车辆480，根据本专利技术存在两条控制路径（A和B），即由410-420-460-470-480指示的LKA路径A和由410-440-450-460-470-480指示的驾驶员扭矩控制路径B。LKA路径A包括相对车辆位置计算功能或装置420，例如电子控制单元、微处理器中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制车辆（480）的车辆车道保持的方法，所述车辆包括借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述方法包括以下步骤：/n- 借助所述车载视觉系统，使用一个或多个传感器（410）测量表示一种或多种车辆状态的至少一个车辆位置输入信号，/n- 在相对车辆位置计算功能或装置（420）中，根据所述一个或多个测得的车辆位置输入信号，确定呈车道曲率和/或车道曲率导数形式的相对车辆车道位置，/n- 在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算目标横向状态矢量，所述目标横向状态矢量由以下目标值中的一者或多者组成：目标偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，/n- 借助传感器测量至少一个转向输入信号，/n- 在驾驶员扭矩计算功能或装置（440）中，根据所述一个或多个测得的转向输入信号，确定由所述驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值，/n其特征在于，/n该方法还包括以下步骤：/n- 在目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将由所述驾驶员施加的所述扭矩值相对于上述目标横向状态矢量变换为目标增量横向状态矢量，所述目标增量横向状态矢量由以下目标增量值中的一者或多者组成：目标增量偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，/n- 将所述目标横向状态矢量和所述目标增量横向状态矢量相加（460），/n- 使用来自所述加法（460）的所得混合控制目标横向状态矢量作为到一个或多个控制器的参考信号，以用于控制（470）所述一个或多个车辆状态致动器。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 SE 1751179-11.一种用于控制车辆（480）的车辆车道保持的方法，所述车辆包括借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述方法包括以下步骤：
-借助所述车载视觉系统，使用一个或多个传感器（410）测量表示一种或多种车辆状态的至少一个车辆位置输入信号，
-在相对车辆位置计算功能或装置（420）中，根据所述一个或多个测得的车辆位置输入信号，确定呈车道曲率和/或车道曲率导数形式的相对车辆车道位置，
-在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算目标横向状态矢量，所述目标横向状态矢量由以下目标值中的一者或多者组成：目标偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，
-借助传感器测量至少一个转向输入信号，
-在驾驶员扭矩计算功能或装置（440）中，根据所述一个或多个测得的转向输入信号，确定由所述驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值，
其特征在于，
该方法还包括以下步骤：
-在目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将由所述驾驶员施加的所述扭矩值相对于上述目标横向状态矢量变换为目标增量横向状态矢量，所述目标增量横向状态矢量由以下目标增量值中的一者或多者组成：目标增量偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，
-将所述目标横向状态矢量和所述目标增量横向状态矢量相加（460），
-使用来自所述加法（460）的所得混合控制目标横向状态矢量作为到一个或多个控制器的参考信号，以用于控制（470）所述一个或多个车辆状态致动器。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-所述目标横向状态矢量至少包括目标偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态是目标曲率，并且在于，
-所述目标增量横向状态矢量至少包括目标增量偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态是目标增量曲率。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
-所述目标横向状态矢量还包括所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标曲率导数，并且在于
-所述目标增量横向状态矢量还包括所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标增量曲率导数。


4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
从由驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值减去补偿扭矩，所述补偿扭矩包括以下补偿扭矩部分中的一者或多者：
-轮胎摩擦扭矩，所述轮胎摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，
-转向系统摩擦扭矩，所述转向系统摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，
-阻尼扭矩，所述阻尼扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数的函数，以及
-回正性扭矩，所述回正性扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括轮胎摩擦扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的轮胎摩擦扭矩的输入的所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括转向系统摩擦扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的转向系统摩擦扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。


7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括阻尼扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的阻尼扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数是所感测或估计的转向角速度。


8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括回正性扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的回正性扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。


9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括轮胎摩擦扭矩，并且在于，所述轮胎摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态减去所述目标偏航和/或横向车辆状态以得到新的偏航和/或横向车辆状态，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态而不是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态作为所述轮胎摩擦扭矩的输入，来补偿所述轮胎摩擦扭矩。


10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其特征在于，
所述补偿扭矩至少包括转向系统摩擦扭矩，并且在于，所述转向系统摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态减去所述目标偏航和/或横向车辆状态以得到新的偏航和/或横向车辆状态，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态而不是所述所感测或估计的偏航和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：J赫尔腾，J波尔，U洛夫奎斯特，B埃里克松，H维福尔斯，
申请(专利权)人：感知知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE