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，该车辆具有借助于转向系统（100）的电动助力转向，该转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控制的车辆状态致动器，该方法包括以下步骤：使用车载视觉系统来测量至少一个车辆位置输入信号，以用于确定相对车辆车道位置，相对车辆车道位置呈以下形式：横向车道位置、方向角和车道曲率；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来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前面提到的目标偏航和/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/或横向车辆状态和所述驾驶员目标相对偏航和/或横向车辆状态相加在一起；以及使用所得偏航和/或横向车辆状态作为给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进行所提到的控制。

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辆车道保持的方法以及具有权利要求19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辆车道保持的系统。
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上的车辆功能。取决于立法和发展成熟度，引导原则可显著不同，跨度为从仅在检测到驾驶员使车辆转向时至少在合理的时间跨度内帮助驾驶员沿着车道行驶到保持转向盘并且潜在地还在不同的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。其他记载的LKA行为是不持续地引导驾驶员而是仅在驾驶员将要漂移出车道时才引导驾驶员的功能。如例如上文所描述的传统的LKA变型在一系列重要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。这样做的原因可能是例如因为车道非常宽（正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。这对于卡车尤为常见。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将牵引车辆居中（例如，由于路边薄弱）。驾驶员常常希望将车辆定位在车道中心之外的其他情况是，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种常见情况是在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。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，通过所述方法和系统克服了一个或多个上文提到的问题和缺点。根据本专利技术的一个方面，目的是分别提供一种系统和方法，所述系统和方法允许既根据来自传统LKA的信息来控制车辆以及又增加了添加驾驶员输入的能力，以便使驾驶员能够在具有保持持续控制的LKA控制期间既能够控制车道位置以及又能够变换车道——所谓的混合控制。特别的目的是分别提供控制车辆的车辆车道轨迹的方法和系统。这些目的分别通过如最初提及的具有相应的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，如上文所提及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、方位角和车道曲率的形式。LKA功能还用于计算相对于前面提到的相对于实际车道的车辆位置的目标车辆路径。因此，可获得根据前面提到的传统LKA来控制车辆所需的目标车辆路径。-与该车辆位置识别并行进行的是，进行驾驶员预期的车辆车道位置识别。在Birk（WO2010144049A1）中示出，驾驶员借助于向转向盘施加扭矩来控制车辆的横向状态。相对于上文提到的目标车辆状态，该扭矩被变换为目标横向车辆状态。根据本专利技术的这个方面，利用这两个目标车辆路径，可以将这两个目标车辆路径相加以实现对车辆路径的混合控制，使得可以在在驾驶员可以在控制车道内或甚至车道外的车道位置的同时沿着车道行驶。在详细描述中以及在从属权利要求中描述了另外的实施例。将了解，在不脱离如由所附权利要求限定的本专利技术范围的情况下，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。附图说明在下文中，将仅通过示例的方式并参考附图来进一步描述本专利技术，在附图中：图1是示出用于助力车辆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是示出具有位置指示变量的道路上的车辆的示意图，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。本专利技术还有的其他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，将理解，附图仅出于说明的目的而设计，并且不是作为对本专利技术的限制的定义，对本专利技术的限制的定义应参考所附权利要求书和作为整体的说明书。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中所描述的结构和程序。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构思的转向系统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。该联动装置由具有相关联的拉杆125的转向齿条124组成，其经由小齿轮122连接到转向柱121。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车辆状态。因此，根据本专利技术，转向盘扭矩可以通过前文提到的虚线240和250变换为目标车辆状态。图3是示出与车道上或车道内的车辆位置有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以及相对于距当前位置的向前距离的空间车道曲率导数κ′。如以下实施例中将进一步描述的，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的位置中的意图。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、转速传感器和车载视觉系统的集群。一种或多种车辆状态405的一个或多个感测值或测量值通过使用信号总线415传达给控制步骤，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、微处理器中的软件），其中本文档来自技高网...

【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制的车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述方法结合有以下步骤：/n- 借助所述车载视觉系统，使用一个或多个传感器（410）来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来确定相对车辆车道位置，所述相对车辆车道位置呈以下形式但不限于以下形式：车辆横向车道位置、车辆方向角、车道曲率和/车道曲率导数，/n- 在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中，计算由以下目标值中的一者或多者组成的目标定位矢量：目标横向位置、目标方向角、目标曲率和目标曲率导数，/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来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所述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变换为相对于前面提到的目标定位矢量的目标增量定位矢量，/n- 将所述目标定位矢量和所述目标增量定位矢量相加（460）在一起，/n- 使用来自所述加法（460）的所得混合控制目标定位矢量作为至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制的车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述方法结合有以下步骤：
-借助所述车载视觉系统，使用一个或多个传感器（410）来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来确定相对车辆车道位置，所述相对车辆车道位置呈以下形式但不限于以下形式：车辆横向车道位置、车辆方向角、车道曲率和/车道曲率导数，
-在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中，计算由以下目标值中的一者或多者组成的目标定位矢量：目标横向位置、目标方向角、目标曲率和目标曲率导数，
-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来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，
所述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变换为相对于前面提到的目标定位矢量的目标增量定位矢量，
-将所述目标定位矢量和所述目标增量定位矢量相加（460）在一起，
-使用来自所述加法（460）的所得混合控制目标定位矢量作为至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，
所述目标相对车辆状态计算功能（450）包含针对拖车的横向位置的计算和减去附加目标增量横向位置，使得定位在所述车道中的是所述拖车而不是所述车辆。


3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
由所述驾驶员施加的所述扭矩值被变换并积分为相对于道路路径的驾驶员预期的方向角，并且当相对于所述道路路径的这个驾驶员预期的方向角以预定义的取决于速度的向前距离指向邻近车道时，假定所述驾驶员指示所述车辆应改变车道，并且所述目标增量横向位置改变为所述目标车道的所述目标增量横向位置，由此所述车辆将变换车道并保持到新的目标车道。


4.根据权利要求1、2或3所述的方法，
其特征在于，
-所述目标定位矢量的以下目标值中的所述一者或多者是曲率：目标横向位置、目标方向角、目标曲率和目标曲率导数，并且
-所述目标增量定位矢量的所述一个或多个矢量元素是曲率，使得当将所述目标定位矢量与所述目标增量定位矢量相加在一起时，结果将是混合控制目标定位矢量和围绕道路的自然坐标累积的转向感扭矩。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述方法包括在所述驾驶员扭矩计算功能或装置（440）中使用来自所述转向系统的所述传感器信号以用于计算由所述车辆（480）的驾驶员施加的扭矩，例如扭力杆扭矩信号，或用补偿扭矩补偿的扭力杆扭矩。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对横向位置，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对于在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算的目标轨迹的增量横向速度，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置，在积分函数中对所述增量横向速度进行一次积分，以提供形成所述目标增量定位矢量的增量横向位置。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对于在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算的目标轨迹的增量横向加速度，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置，在积分函数中对所述增量横向加速度进行两次积分，以提供形成所述目标增量定位矢量的增量横向位置。


9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对于在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算的目标轨迹的增量横向车辆滑移角，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置，在积分函数中对所述增量横向车辆滑移乘以所述车辆速度进行一次积分，以提供形成所述目标增量定位矢量的增量横向位置。


10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对于在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算的目标轨迹的增量曲率，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置，在积分函数中对所述增量横向曲率乘以所述车辆速度的平方进行两次积分，以提供形成所述目标增量定位矢量的增量横向位置。


11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是相对于在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算的目标轨迹的增量偏航率，并且在于，所述方法包括以下步骤：在所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置，在积分函数中对所述增量偏航率乘以所述车辆速度进行积分以提供形成所述目标增量定位矢量的增量横向位置。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述目标增量车辆状态是所述增量横向位置、增量横向速度、增量横向加速度、增量横向车辆滑移角、增量曲率和增量偏航率中的一者或多者的线性组合。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，
其特征在于，
在将所述驾驶员扭矩变换为相对横向位置的所述目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将阈值用于所述驾驶员扭矩，从而仅允许将超过所述阈值的驾驶员扭矩变换为目标增量车辆状态。


14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，
来自所述加法（460）的所得混合控制目标定位矢量至少包括混合控制目标横向位置。


15.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
来自所述加法（460）的所得混合控制目标定位矢量还包括目标方向角、目标曲率和目标曲率导数中的一者或多者。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，
其特征在于，
它包括以下步骤：在所述车辆状态控制器（470）中，
-计算目标偏航和/或横向车辆状态；
-朝向所述目标偏航和/或横向状态来控制所述车辆致动器。


17.根据权利要求16所述的方法，
其特征在于，
计算目标偏航和/或横向车辆...

【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