行驶控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种被构造成控制车辆的行驶的行驶控制系统，更具体地，涉及一种被构造成执行车道保持控制以使车辆沿着行驶车道行驶的行驶控制系统。


背景技术：

2.已知在沿着弯道的转弯期间执行车辆行驶支持的车辆行驶支持系统(例如，jp2016
‑
147541a)。jp2016
‑
147541a中公开的车辆行驶支持系统在进入弯道之前产生转向辅助力，以辅助车道保持并避免离开车道。在该现有技术文献中公开的车辆行驶支持系统确定驾驶员执行的转向时刻(实际转向时刻)相对于参照弯道的起点设置的基准转向时刻的延迟，并且根据实际转向时刻的延迟，在进入弯道之前使开始转向辅助力的时刻提前。
3.当自主行驶车辆从车道的直线部分进入弯道部分时，基于摄像头获取的图像开始转向。基于由摄像头获取的图像来设置开始转向的时刻(以下称为转向时刻)。然而，由于摄像头的安装位置通常与车辆的偏航旋转轴线的位置不一致，因此，在基于由摄像头获取的图像而设置的转向时刻执行转向有可能使车辆摇晃。


技术实现要素：

4.鉴于前述背景，本发明的目的是提供一种用于配备有可以适当地设置转向时刻的转向装置的车辆的行驶控制系统。
5.为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供了一种用于配备有转向装置3c的车辆2的行驶控制系统1，该行驶控制系统包括：成像装置4，其被构造成获取车辆的车身前方的图像；车辆速度传感器5，其被构造成检测车辆的车速；控制装置7，其被构造成控制转向装置，其中，所述控制装置包括：行驶车道检测单元7a，其被构造成从由所述成像装置获取的图像识别出所述车辆当前正在行驶的行驶车道d的车道形状；车道保持计划单元7b，其被构造成设置用于使所述车辆转向的转向时刻以使得所述车辆在识别出的行驶车道上行驶；车道保持执行单元7c，其被构造成控制所述转向装置在由所述车道保持计划单元设置的转向时刻使所述车辆转向，所述车道保持计划单元被构造成基于识别出的车道形状和检测到的车速来改变转向时刻。
6.根据该构造，根据行驶车道的车道形状来确定转向时刻。因此，当直线行驶的车辆进入弯道部分时，可以改变转向时刻。从而，当车辆进入弯道部分时，可以通过考虑安装成像装置的位置与偏航旋转轴线的位置不同来适当地设置转向时刻，从而可以防止车辆摇晃。
7.在上述构造中，优选地，车道保持计划单元被构造成设置转向时刻以使得车辆中安装成像装置的位置经过行驶车道的中心。
8.根据该构造，转向角的大小、车速等的设置变得容易。
9.在上述构造中，优选地，所述成像装置位于所述车身的偏航旋转轴线x的前方，并且当车辆进入所述行驶车道的弯道部分时，与所述车辆进入所述行驶道的直线部分时相
比，所述车道保持计划单元使所述转向时刻延迟预定延迟时间τ。
10.根据该构造，当所述车辆进入所述行驶车道的弯道部分时，可以将转向时刻设置为与偏航旋转轴线的位置相对应，这有助于防止车辆摇晃。另一方面，当所述车辆进入直线部分时，可以提高车辆的响应性。
11.在上述构造中，优选地，车道保持计划单元被构造成当安装成像装置的位置与车身的偏航旋转轴线x之间的前后距离l增加时，增加延迟时间。
12.根据该构造，可以将转向时刻设置为与偏航旋转轴线的位置相对应，这有助于防止车辆摇晃。
13.在上述构造中，优选地，车道保持计划单元被构造成将延迟时间设置为通过将安装成像装置的位置与偏航旋转轴线之间的前后距离除以由车辆速度传感器检测到的车速而获得的值。
14.根据该构造，可以将转向时刻设置为与偏航旋转轴线的位置相对应，这有助于防止车辆摇晃。
15.在上述构造中，优选地，车道保持计划单元被构造成当在安装成像装置的位置处的行驶车道的方向与车辆的前进方向之间形成的角度大于或等于阈值时，确定车辆进入了弯道部分。
16.根据该构造，可以容易地确定车辆是否进入弯道部分。
17.根据前述构造，可以提供一种用于配备有可以适当地设置转向时刻的转向装置的车辆的行驶控制系统。
附图说明
18.图1是根据本发明的实施方式的行驶控制系统的功能框图；
19.图2是用于解释车辆中的偏航旋转轴线的位置和成像装置的位置的示意图；以及
20.图3是示出设置处理的流程图。
具体实施方式
21.下面，将参照附图来详细地描述本发明的实施方式。
22.<<第一实施方式>>
23.行驶控制系统1被安装在诸如汽车的车辆2中(参见图2)，以使车辆2能够沿着行驶车道d自主行驶。如图1所示，行驶控制系统1包括行为控制装置3、成像装置4、车辆速度传感器5、人机界面(hmi)6和控制装置7。行驶控制系统1的上述组件彼此连接，使得可以经由诸如控制器局域网(can)之类的通信装置在它们之间传输信号。
24.行为控制装置3是用于通过使车辆2加速、减速和转向来控制车辆2的行为的装置，并且包括动力总成3a、制动装置3b和转向装置3c。动力总成3a是被构造成向车辆2施加驱动力的装置。动力总成3a包括动力源和变速器。动力源包括诸如汽油引擎和柴油引擎之类的内燃机与电动马达中的至少一种。制动装置3b是被构造成对车辆2施加制动力的装置。例如，制动装置3b包括：制动钳，其被构造成将制动垫压向制动转子；以及电动缸，其构造为向制动钳提供油压，以控制制动钳的驱动。制动装置3b可以包括电动停车制动装置，该电动停车制动装置被构造成经由线缆限制车轮的旋转。
25.转向装置3c是用于改变车轮的转向角的装置。例如，转向装置3c包括：齿条齿轮装置，其被构造成使车轮转向(转动)；以及电动马达，其被构造成驱动齿条齿轮装置。动力总成3a、制动装置3b和转向装置3c由控制装置7控制。
26.成像装置4用作外部环境信息获取装置，所述外部环境信息获取装置用于从车辆2的周围检测电磁波(例如，可见光)、声波等，以获取车辆2的车身前方的图像。成像装置4包括外部摄像头4a，并将获取的图像输出到控制装置7。
27.外部摄像头4a是被构造成捕获车辆2的前方和侧面的图像的装置，并且例如包括使用诸如ccd或cmos的固态成像元件的数字摄像头。外部摄像头4a被固定在车厢内，使得其摄像头光轴指向车身的前方方向。
28.注意，代替外部摄像头4a或除了外部摄像头4a之外，成像装置4还可以包括声纳、毫米波雷达和/或激光雷达。声纳、毫米波雷达和激光雷达分别沿车辆2的前向和侧向发射超声波、毫米波和激光，并捕获反射波以获取车辆2的前面和侧面的图像。成像装置4可以包括布置成共同获取车辆2的前面和侧面的图像的多个声纳、多个毫米波雷达和/或多个激光雷达。
29.如图2所示，成像装置4被布置在车辆2的车辆中心线m上的前部。在本实施方式中，成像装置4由外部摄像头4a组成并且被固定至车身以靠近车厢内的挡风玻璃的上部。由于车辆2的偏航旋转轴线x经过车辆2的重心，因此成像装置4相对于车身位于偏航旋转轴线x的前方。另外，因为成像装置4位于车辆中心线m上，所以成像装置4和偏航旋转轴线x沿着车辆中心线m在前后方向上布置。然而，成像装置4和偏航旋转轴线x的布置不限于此，并且也可以将成像装置4和偏航旋转轴线x设置在不仅在车身的前后方向上而且在横向方向上偏移的位置处。注意，这里的偏航旋转轴线x是在竖直方向上延伸的轴线，并且用作车身的偏航运动的旋转轴线(参见图2中的箭头)。
30.车辆速度传感器5是被构造成检测车辆2的速度的传感器。车辆速度传感器5可以是任何已知的速度传感器。例如，车辆速度传感器5可以是使用磁传感器的类型，该磁传感器包括设置在车辆的车轮上的磁体和用于检测由于车轮的旋转而引起的磁场变化的磁传感器(霍尔传感器)。
31.hmi 6是用于接收乘员的输入操作并通过显示和/或语音向乘员通知各种信息的输入/输出设备。hmi 6包括例如触摸面板6a，该触摸面板6a包括诸如液晶显示器或有机el显示器之类的显示屏并且被构造成接收乘员的输入操作。hmi 6还包括被构造成接收乘员的输入操作的各种开关。
32.控制装置7由电子控制单元(ecu)组成，该电子控制单元(ecu)包括cpu、诸如rom的非易失性存储器、诸如ram的易失性存储器等。cpu根据程序执行操作处理，使得控制装置7执行各种类型的车辆控制。控制装置7可以由一个硬件组成，或者可以由包括多个硬件的单元组成。此外，作为通过构成控制装置7的硬件(例如，lsi、asic或fpga)执行程序的结果，在控制装置7中构造了各自执行预定功能的各种功能单元。
33.控制装置7基于由成像装置4获取的图像来确定车辆2应当行驶的行驶车道d，并且基于由车辆速度传感器5获取的车速和由成像装置4获取的图像来控制动力总成3a、制动装置3b和转向装置3c，使得车辆2自主地沿着行驶车道d行驶。为了执行这种控制，控制装置7包括如图1所示的行驶车道检测单元7a、车道保持计划单元7b和车道保持执行单元7c作为
其功能单元。
34.行驶车道检测单元7a在由成像装置4获取的图像中提取道路标记(诸如，白线)、道路边界等，并且检测在车身的侧面和前方的行驶车道d的形状。行驶车道检测单元7a优选地被构造成在具有半圆形且在俯视图中至少覆盖在距车辆2的前端5米的半径范围内的区域的范围内检测行驶车道d，其中，安装成像装置4的位置为半圆的中心。
35.当存在对hmi的预定输入时，车道保持计划单元7b执行设置处理，以计算延迟时间τ和用于执行车道保持处理的驾驶参数，所述车道保持处理用于使车辆2行驶以保持在行驶车道d的中心附近。在设置处理中，车道保持计划单元7b基于由行驶车道检测单元7a检测到的行驶车道d的形状来计算经过以使车辆2在行驶车道d的中心行驶的目标点以及使车辆2行驶到该目标点所需的驾驶参数。驾驶参数包括例如要设置的转向角的大小和车速的信息。注意，车道保持计划单元7b计算包括转向角和车速的驾驶参数，使得安装成像装置4的位置经过目标点。在本实施方式中，目标点被设置在距车身的前端中心约两米距离的位置处。车道保持计划单元7b执行设置处理以计算延迟时间τ和驾驶参数，并且在刚从计算之后的延迟时间τ之后，将驾驶参数输出到车道保持执行单元7c。
36.当从车道保持计划单元7b输入驾驶参数时，车道保持执行单元7c根据驾驶参数迅速地控制转向装置3c、动力总成3a和制动装置3b。即，根据延迟时间τ和驱动参数的计算，在延迟时间τ之后的时间进行转向。因此，在本实施方式中，根据延迟时间τ和驾驶参数的计算，使转向时刻延迟了延迟时间τ。
37.接下来，将参照图3的流程图描述设置处理的细节。这里，假定当车辆2在直线行驶车道d上行驶时开始设置处理。另外，在足够短的时间段内执行设置处理，因此，车辆2在设置处理期间的移动可以忽略。
38.在设置处理的第一步骤st1中，车道保持计划单元7b从行驶车道检测单元7a获取车辆2正在行驶的行驶车道d的形状，所述行驶车道检测单元7a基于由成像装置4获取的图像来检测行驶车道d的形状。此后，车道保持计划单元7b确定车辆2是否进入弯道部分。更具体地，车道保持计划单元7b首先基于由行驶车道检测单元7a检测到的行驶车道d的形状来获取在安装成像装置4(外部摄像头4a)的位置处的行驶车道d的方向。这里，在安装成像装置4(外部摄像头4a)的位置处的行驶车道d的方向是指在安装成像装置4(外部摄像头4a)的位置处相对于行驶车道d的中心的切线的方向(延伸方向)。随后，车道保持计划单元7b计算在所获取的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间形成的角度δθ(见图2)。在计算出的角度δθ已增加到等于或大于预定阈值的情况下，车道保持计划单元7b确定车辆2正在进入或已经进入弯道部分，并执行步骤st2。否则，车道保持计划单元7b执行步骤st3。
39.在步骤st2中，车道保持计划单元7b从车辆速度传感器5获取车速v。随后，车道保持计划单元7b通过将成像装置4与在车身的前后方向上的偏航旋转轴线x之间的距离l(见图2)除以车速v来计算延迟时间τ(延迟时间τ＝l/v)。由此，根据车速v将延迟时间τ设置为正值。延迟时间τ的计算完成后，车道保持计划部7b执行步骤st4。
40.在步骤st3中，车道保持计划单元7b将延迟时间τ设置为零。当延迟时间τ的设置完成时，车道保持计划单元7b执行步骤st4。
41.在步骤st4中，车道保持计划单元7b基于在步骤st1中获取的行驶车道d的形状计算驾驶参数，所述驾驶参数包括设置成使安装成像装置4的位置向目标点移动的车速和转
向角。当驾驶参数的计算完成时，车道保持计划单元7b结束设置处理，并且在延迟时间τ之后将驾驶参数输出到车道保持执行单元7c。
42.接下来，将描述如上构造的行驶控制系统1的优点。安装成像装置4的位置比偏航旋转轴线x更靠前。因此，在成像装置4的位置处计算出的转向时刻(即，基于成像装置4获取的图像而计算出的转向时刻)比在偏航旋转轴线x的位置处通过将成像装置4与偏航旋转轴线x在车身的前后方向上的距离l除以车速v而获得的时间而计算出的转向时刻提前。
43.在本实施方式中，当车辆2正在直的行驶车道d上行驶并且确定车辆2将要进入弯道部分时(st1：是)，车道保持计划单元7b将延迟时间τ设置为正值(步骤st2)。从而，可以延迟在成像装置4的位置处计算出的转向时刻。
44.如图2所示，当车辆2从行驶车道d的直线部分进入行驶车道d的弯道部分时，成像装置4比偏航旋转轴线x更早地进入弯道部分。在延迟时间τ为零的情况下，在成像装置4已经进入弯道部分之后，立即开始车辆2的转向。相反，通过设置正延迟时间τ，可以延迟开始转向的时刻，使得可以使开始转向的时刻接近偏航旋转轴线x进入弯道部分的时刻。从而，能够使偏航旋转轴线x的移动轨迹更接近行驶车道d的中心。
45.以这种方式，通过将延迟时间τ设置为正值，可以通过考虑安装成像装置4的位置与偏航旋转轴线x的位置不同来适当地设置转向时刻。因此，可以防止或减少车辆2与行驶车道d的中心的偏离和车辆姿势的摇晃。
46.此外，在上述实施方式中，优选地将延迟时间τ设置为通过将成像装置4与偏航旋转轴线x在车身的前后方向上的距离l除以车速v而得到的值。由此，通过将转向时刻延迟了延迟时间τ，可以使转向时刻对应于偏航旋转轴线x的位置。
47.车道保持计划单元7b基于由成像装置4获取的图像来设置驾驶参数，以使得安装成像装置4的位置向目标点移动(st4)。通过这样确定驾驶参数，与将驾驶参数确定为使车身的另一部分向目标点移动的情况相比，可以容易地设置驾驶参数，因为在本实施方式中，不需要基于成像装置4与车身的另一部分之间的位置关系的校正。
48.在车道保持处理中，当在步骤st1中确定在直的车道上行驶的车辆2将要进入弯道部分时，在步骤st2中车道保持计划单元7b将延迟时间τ设置为正值。由此，可以通过考虑安装成像装置4的位置与偏航旋转轴线x的位置不同来设置转向时刻，由此可以防止车辆2的摇晃。
49.另一方面，当车辆2沿着直线车道直线行驶并且执行车道保持控制以保持直线行驶时，将延迟时间τ设置为零，从而在计算后立即将驾驶参数输出到车道保持执行单元7c。由此，可以提高车辆2的响应性。
50.当在安装成像装置4(外部摄像头4a)的位置处的行驶车道d的方向与车辆2的车身的前进方向之间形成的角度δθ大于或等于阈值(st1)时，车道保持计划单元7b确定车辆2进入弯道部分。通过这样使用在安装成像装置4(外部摄像头4a)的位置处的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间形成的角度δθ，可以容易地判断车辆2是否进入车道的弯道部分，而不需要基于行驶车道d的形状来计算曲率等。
51.上面已经描述了本发明的具体实施方式，但是本发明不限于以上实施方式，并且可以以各种方式进行修改或改变。
52.例如，在上述实施方式中，控制装置7控制动力总成3a、制动装置3b和转向装置3c，
以使车辆2沿着行驶车道d自主地行驶，但本发明不限于该实施方式。例如，控制装置7可以仅控制转向装置3c以使车辆2沿着行驶车道d自主地行驶。
53.关于上述实施方式，说明了车辆2从行驶车道d的直线部分进入行驶车道d的弯道部分的情况，但是上述实施方式在其他情况下也是有效的。例如，当车辆2沿着平缓弯曲的车道行驶时，与偏航旋转轴线x的位置相对应的转向时刻的调整(延迟)有助于使车辆2的姿态稳定。此外，当控制车辆2沿着目标路线在交叉路口处向左或向右转弯时，上述实施方式也是适用的。此时，车道保持计划单元7b设置执行车辆2的向左或向右转弯的转向的时刻(转向时刻)，使得与车辆2直线行驶时相比，转向时刻被延迟。
54.在上述实施方式中，在步骤st2中，将延迟时间τ设置为通过将成像装置4与偏航旋转轴线x在车身的前后方向上的距离l除以车速v而获得的时间，但是延迟时间τ不限于该实施方式。仅当安装成像装置4的位置与车身的偏航旋转轴线x在车身的前后方向上的距离l增大时，才需要增加延迟时间τ。从而，可以将转向时刻设置成与偏航旋转轴线x的位置相对应，从而可以防止车辆2的摇晃。
55.行驶控制系统1不限于上述实施方式，并且可以具有只要被构造成如下即可的任何构造：在车辆2已经进入行驶车道d的弯道部分(曲率大于或等于预定阈值的部分)时，与车辆2在直线部分上行驶时相比，行驶控制系统1延迟转向时刻。
56.更具体地，在本发明的另一个实施方式中，用于配备有转向装置3c的车辆2的行驶控制系统51可以包括：成像装置4，其被安装在车辆2的偏航旋转轴线x的前方，并且被构造成沿车身的向前方向获取图像；以及控制装置7，其被构造成从所获取的图像中识别出车辆2当前正在行驶的行驶车道d，计算在车辆的安装成像装置4的部分处的行驶车道d的方向与车身的前进方向(见图2)之间形成的角度δθ，通过校正角度δθ获取在车辆的偏航旋转轴线x处的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间形成的角度δθ'，并且反馈控制转向装置3c，以便使角度δθ
′
(即，偏差)为零。
57.为了进行上述校正，行驶控制系统51可以包括被构造成获取车身的偏航率的偏航率传感器52(见图1)，并且车道保持计划单元7b可以使用车速和偏航率来估计在预定时间之后将要检测到的行驶车道d的形状，并且将估计结果与基于由成像装置4获取的图像检测到的行驶车道d的形状进行比较，以估计车身对于行驶车道d的倾斜度的真实值(在偏航旋转轴线x处的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间形成的角度δθ
′
)。也可以估计车辆2相对于行驶车道d等的横向偏差量。此时，在估计行驶车道d的形状时，可以使用利用观察者、卡尔曼滤波器等的已知状态估计方法。
58.利用上述构造，基于在偏航旋转轴线x所在的部分处的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间形成的角度δθ
′
来确定转向角。因此，当车辆2已经从直线部分进入弯道部分时，在成像装置4处于弯道曲部分而偏航旋转轴线x处于直线部分中的时段期间，不将转向角设置成沿着弯道部分行驶的角度，而是一旦偏航旋转轴线x进入弯道曲部分，就将转向角设置成该角度。因此，与基于在安装成像装置4的位置处的行驶车道d的方向与车身的前进方向之间所形成的角度δθ来控制转向装置3c的情况相比，转向时刻被延迟而更好地与偏航旋转轴线x的位置相对应。
59.在上述实施方式中，车道保持计划单元7b通过公式τ＝l/v来计算延迟时间τ，但是本发明不限于该实施方式。车道保持计划单元7b可以在步骤st2中确定车辆2是否处于高车
速范围内(即，l/v小于预定时间阈值τ0)，使得如果确定结果为是，则车道保持计划单元7b在步骤st3中将延迟时间τ设置为零，并且如果确定结果为否，则车道保持计划单元7b通过公式τ＝l/v来计算延迟时间τ。在这种情况下，可以基于从转向开始到转向完成的操作时间τ1来确定时间阈值τ0。利用该构造，可以防止在高车速范围内不适当地延迟转向。
60.另外，在另一实施方式中，车道保持计划单元7b可以在步骤st2中通过公式τ＝l/v
‑
τ1来计算延迟时间τ；即，在本实施方式中，τ比上述实施方式小操作时间τ1。这里，当l/v
‑
τ1小于零时，车道保持计划单元7b应当在步骤st2中将延迟时间τ设置为零。