用于控制车道保持的装置及其方法与流程

1.本发明涉及一种车道保持控制设备、包括该装置的车辆系统及其方法，更具体地，涉及基于横摆角速度反馈(yaw rate feedback)的车道保持控制技术。


背景技术：

2.在目前生产的车辆中，应用各种安全驾驶系统，或者正在开发此类应用，其中之一是车道保持控制系统，其当车辆因驾驶员粗心驾驶而离开车道时，通过防止车道偏离来执行驾驶控制以保持车道。
3.此类车道保持控制系统基于几何地图计算目标转弯半径，以消除目标路径的错误，从而计算能够跟随目标转弯半径的所需转向角。
4.然而，由于几何地图和实际地图之间的差异，在车道保持控制期间难以跟随目标转弯半径，从而降低了车道保持控制系统的可靠性。特别是，对于重量以吨为单位变化的车辆，由几何地图计算的所需转向角和实际所需转向角可能会相差很大，从而导致更严重的性能退化。
5.本发明背景部分中披露的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，不得视为承认或任何形式的建议该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的各个方面旨在提供一种车道保持控制设备、包括该装置的车辆系统及其方法，其配置用于当根据几何图形确定跟随目标转弯半径所需转向角时，通过反馈目标横摆角速度和当前横摆角速度之间的误差，来校正所需转向角，以便于车辆更好地跟随目标转弯半径。
7.本发明的技术目标不限于上述目的，本领域技术人员可以通过权利要求的描述清楚地理解其他未提及的技术目的。
8.本发明的各个方面旨在提供一种车道保持控制设备，包括：处理器，配置为用于确定到达车道中心部的目标转弯半径，基于目标转弯半径确定所需转向角，以及在车道保持控制期间通过使用实际横摆角速度和目标横摆角速度之间的差值来校正所需转向角；和存储器，配置为用于存储由处理器驱动的数据和算法。
9.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过使用从摄像头接收到的在凝视距离上至车道中心部的距离误差来确定目标转弯半径。
10.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过将车辆轴距值除以目标转弯半径来确定所需转向角。
11.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过使用目标转弯半径和车辆速度来确定目标横摆角速度。
12.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过确定目标横摆角速度和车辆当前横摆角速度之间的误差来确定反馈所需转向角校正值。
13.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过将目标横摆角速度和车辆当前横摆角速度之间的误差乘以预定校正系数来确定反馈所需转向角校正值。
14.在本发明的各种示例性实施方式中，处理器可通过将反馈的所需转向角校正值添加到所需转向角来校正所需转向角。
15.本发明的各个方面旨在提供一种车辆系统，包括：感测装置，配置为获取与车辆前方相关的图像数据；和车道保持控制设备，配置为基于感测装置的感测结果来确定到达车道中心部的目标转弯半径，基于目标转弯半径来确定所需转向角，以及通过使用实际横摆角速度和目标横摆角速度之间的差值来校正所需转向角。
16.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过使用从摄像头接收到的凝视距离上至车道中心部的距离误差来确定目标转弯半径。
17.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过将车辆轴距值除以目标转弯半径来确定所需转向角。
18.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过使用目标转弯半径和车辆速度来确定目标横摆角速度。
19.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过确定目标横摆角速度和车辆当前横摆角速度之间的误差来确定反馈所需转向角校正值。
20.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过将目标横摆角速度和车辆当前横摆角速度之间的误差乘以预定校正系数来确定反馈所需转向角校正值。
21.在本发明的各种示例性实施方式中，车道保持控制设备可通过将反馈的所需转向角校正值添加到所需转向角来校正所需转向角。
22.本发明的各个方面旨在提供一种车道保持控制方法，包括：
23.在车道保持控制期间，基于与车辆前方相关的图像数据获得车道中心误差距离；
24.基于车道中心误差距离确定到达车道中心部的目标转弯半径；
25.基于目标转弯半径确定所需转向角；以及
26.使用实际横摆角速度和目标横摆角速度之间的差值来校正所需转向角。
27.在本发明的各种示例性实施方式中，获取车道中心误差距离可包括：在从摄像头接收的注视距离上获取至车道中心部的距离误差。
28.在本发明的各种示例性实施方式中，确定所需转向角可包括：通过将车辆轴距值除以基于几何地图的目标转弯半径来确定所需转向角。
29.在本发明的各种示例性实施方式中，可以还包括：通过使用目标转弯半径和车辆速度来确定目标横摆角速度。
30.在本发明的各种示例性实施方式中，校正所需转向角可包括：通过确定目标横摆角速度和车辆当前横摆角速度之间的误差来确定反馈所需转向角校正值。
31.在本发明的各种示例性实施方式中，校正所需转向角可包括：通过向所需转向角添加反馈所需转向角校正值来校正所需转向角。
32.根据本发明的技术，当根据几何地图确定跟随目标转弯半径所需的转向角时，通过反馈目标横摆角速度和当前横摆角速度之间的误差来校正所需转向角，能够使车辆更好地跟随目标转弯半径。
33.此外，能够提供通过本说明书可以直接或间接确定的各种效果。
34.本发明的方法和设备具有其他的特征和优点，这些特征和优点可以从在此并入本文的附图中显而易见地得到或在附图中有更详细地阐述，以下的详细描述共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
35.图1示出根据本发明各种示例性实施方式的包括车道保持控制设备的车辆系统的配置框图。
36.图2示出用于描述根据本发明各种示例性实施方式的车道保持控制设备基于几何图确定目标转弯半径的过程的视图。
37.图3示出根据本发明各种示例性实施方式的车道保持控制方法。
38.图4示出用于描述根据本发明各种示例性实施方式的车道保持控制方法基于横摆角速度反馈的流程图。
39.图5a、图5b和图5c示出用于描述根据本发明各种示例性实施方式的基于横摆角速度反馈的车道保持控制效果的视图。
40.图6示出根据本发明的各种示例性实施方式的计算系统。
41.可以理解，附图示出描述本发明基本原理的各种特征的一定程度上简化的描述，其不一定按比例绘制。如本文所包括的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和部分形状，将部分地由具体的预期应用和使用环境来确定。
42.在附图中，附图标记指代全部附图中相同或等效的部分。
43.附图标记
44.200：感测装置
45.210：摄像头
46.220：横摆角速度传感器
47.100：车道保持控制设备
48.110：通信装置
49.120：存储器
50.130：处理器
51.300：转向控制装置
52.400：制动控制装置
53.500：发动机控制单元
具体实施方式
54.下面将参照示例性附图对本发明的各种实施方式进行详细的描述。虽然将结合本发明的示例性实施方式来描述本发明，但应当理解，本描述并不旨在将本发明局限于示例性实施方式。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施方式，而且还涵盖各种替代方式、修改方式、等效方式和其他实施方式，这些替代、修改、等效方式和其他实施方式可以包括在所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内。
55.以下，将参考示例性附图详细描述本发明的一些示例性实施方式。应注意的是，在向各附图的组成元素添加附图标记时，相同的组成元素使用尽可能相同的附图标记，即使
它们在不同的附图中示出。此外，在描述本发明的示例性实施方式时，当确定相关的公知配置或功能的详细描述干扰对本发明的示例性实施方式的理解时，将省略其详细描述。
56.在描述根据本发明的各种示例性实施方式的组成元件时，可以使用诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)等术语。这些术语仅用于区分组成元素与其他组成元素，组成元素的性质、顺序或次序不受这些术语的限制。此外，本文使用的所有术语，包括技术科学术语，具有与本发明的各种示例性实施方式所属技术领域的技术人员(本领域技术人员)通常理解的术语相同的含义，除非它们被特别定义。在通用词典中定义的术语应被解释为具有与相关技术上下文中的术语相匹配的含义，并且除非在本说明书中明确定义，否则不得被解释为具有理想化或过于正式的含义。
57.以下，将参考图1至图6详细描述本发明的各种示例性实施方式。
58.图1示出根据本发明各种示例性实施方式的包括车道保持控制设备的车辆系统的配置框图。
59.参考图1，根据本发明示例性实施方式的车辆系统可包括：车道保持控制设备100、感测装置200、转向控制装置300、制动控制装置400和发动机控制单元(ecu)500。
60.根据本发明示例性实施方式的车道保持控制设备100可在车辆内部实现。在此，车道保持控制设备100可以与车辆的内部控制单元集成形成，或者可以作为单独的装置实施，通过单独的连接装置连接到车辆的控制单元。车道保持控制设备100可以实现为车道跟随辅助(lfa)、车道偏离警告(ldw)、车道保持系统(lks)和车道保持辅助设备系统(lkas)等。
61.在车道保持控制期间，车道保持控制设备100可确定到达车道中心部的目标转弯半径，并可基于目标转弯半径确定所需转向角。此外，车道保持控制设备100可以通过使用横摆角速度和目标横摆角速度之间的差值来确定用于校正所需转向角的反馈所需转向角校正值，来校正所需转向角。
62.车道保持控制设备100可包括通信装置110、存储器120和处理器130。
63.通信装置110是以各种电子电路实现的硬件设备，用于通过无线或有线连接发送和接收信号，并且可以基于车载设备和车载网络通信技术发送和接收信息。作为示例，车内网络通信技术可以包括控制器局域网(can)通信、本地互联网络(lin)通信、flex-ray通信等。
64.例如，通信装置110可以与车内装置通信，并且可以从感测装置200接收感测结果。通信装置110可以在凝视距离上接收从摄像头210到车辆中部的距离误差。
65.存储器120可以存储感测装置200的感测结果以及处理器130操作所需的数据和/或算法等。例如，存储器120可以存储由处理器130确定的目标转弯半径、所需转向角、反馈所需转向角校正值等。
66.存储器120可以包括诸如闪存、硬盘、micro、卡(例如，安全数字(sd)卡或extreme数字(xd)卡)、随机存取存储器(ram)、静态ram(sram)、只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可擦除prom(eeprom)、磁存储器(mram)、磁盘和光盘等类型的存储器中的至少一种类型。
67.处理器130可以电连接到通信装置110、存储器120等，可以电控制每个组件，并且可以是执行软件命令、执行下面描述的各种数据处理和判定的电路。
68.处理器130可以处理车道保持控制设备100的组成元件之间传输的信号。处理器
130可以是，例如，安装在车辆中的电子控制单元(ecu)、微控制器单元(mcu)或其他子控制器。
69.如式1所示，处理器130通过从摄像头210接收的注视距离x上的车道中心距离误差y
error
获得目标转弯半径。
70.[式1]
[0071][0072]
其中，rd表示目标转弯半径，y
error
表示车道中心距离误差，x表示凝视距离。
[0073]
图2示出了用于描述根据本发明各种示例性实施方式的车道保持控制设备基于几何地图确定目标转弯半径的过程的视图。如图2所示，目标转弯半径表示车辆到达车道中心部的转弯半径。
[0074]
处理器130基于使用几何地图的前馈(feedforward)方法生成用于实现目标转弯半径的所需转向角。
[0075]
[式2]
[0076][0077]
其中，δd表示所需转向角，rd表示目标转弯半径，l表示图2中所示的车辆前轮21和后轮22之间的距离作为车辆的轴距值(wheel base value)。
[0078]
如上所述，处理器130可使用纯追踪几何(pure pursuit geometry)确定所需转向角，并可通过将轴距值l除以车辆的目标转弯半径rd来确定所需转向角，如式2所示。
[0079]
处理器130将车辆的目标转弯半径更改为目标横摆角速度以确定跟随当前车辆的目标转弯半径的程度。
[0080]
[式3]
[0081][0082]
式3是通过车辆动力学(vehicle dynamics)确定的值，其中v表示速度，rd表示目标转弯半径值。
[0083]
这是为了通过将目标转弯半径更改为目标横摆角速度来确定是否很好地跟随了横摆角速度，因为车辆的实际转弯半径可以通过横摆角速度传感器测量。
[0084]
处理器130确定目标横摆角速度和实际横摆角速度之间的误差并通过使用该误差和校正系数k来生成反馈所需转向角校正值
[0085]
处理器130通过将反馈所需转向角校正值添加(adding)到通过式2确定的所需转向角来校正所需转向角。也就是说，处理器130可以如式4所示确定最终校正的所需转向角δ
d_co
。
[0086]
[式4]
[0087][0088]
其中，k是校正系数，为调谐参数。
[0089]
由此，处理器130可以通过将基于横摆角速度反馈的所需转向角添加到基于前馈的所需转向角来确定最终校正的所需转向角，从而使得易于跟随目标转弯半径并改进系统性能。
[0090]
感测装置200可包括用于获取车道信息的摄像头210和用于检测车辆横摆角速度的横摆角速度传感器220。在这种情况下，摄像头210可拍摄车辆前方以获得车道信息。
[0091]
转向控制装置300可以配置为控制车辆的转向角，并且可以包括方向盘、与方向盘联锁的致动器以及配置用于控制该致动器的控制器。
[0092]
制动控制装置400可以配置为控制车辆的制动，并且可以包括配置为控制车辆制动器的控制器。
[0093]
发动机控制单元(ecu)500可以配置为控制车辆的发动机驱动，并且可以包括配置为控制车辆速度的控制器。
[0094]
图3示出了根据本发明的各种示例性实施方式的车道保持控制方法。
[0095]
参考图3，车道保持控制设备100从感测装置200接收车道中心距离误差(lane central distance error)y
error
，使用车道中心距离误差y
error
确定目标转弯半径，并且基于通过使用目标转弯半径的前馈确定所需转向角。同时，车道保持控制设备100可以确定所需转向角校正值(即横摆角速度和目标横摆角速度之间的差值)，并且可以通过基于前馈，将所需转向角校正值反映到所需转向角来确定最终所需转向角。因此，车道保持控制设备100可以根据校正后的最终所需转向角来控制车辆的转向。
[0096]
下面将参考图4详细描述根据本发明的各种示例性实施方式的车道保持控制方法。图4示出了用于描述根据本发明的各种示例性实施方式的基于横摆角速度反馈的车道保持控制方法的流程图。
[0097]
以下，假设图1的实施方式的车道保持控制设备100执行图4的处理。此外，在图4的描述中，被称为由装置执行的操作可以理解为由车道保持控制设备100的处理器130控制。
[0098]
参考图4，车道保持控制设备100从摄像头210接收在注视距离x上到车道中心部的车道中心距离误差y
error
，并通过使用来自凝视距离x的车道中心距离误差y
error
来确定车辆到达车道中心部的目标转弯半径(s102)。
[0099]
车道保持控制设备100基于使用如图2所示的几何地图的前馈方法生成用于跟随目标转弯半径的所需转向角(s103)。在这种情况下，车道保持控制设备100可以通过将车辆的轴距值l除以目标转弯半径rd来确定所需转向角。
[0100]
随后，车道保持控制设备100通过使用车辆的目标转弯半径来确定目标横摆角速度ψd，以确定车辆当前跟随目标转弯半径的程度(s104)。即，车道保持控制设备100可以将目标转弯半径改变为目标横摆角速度，并可以通过将车辆速度除以目标转弯半径来确定目标横摆角速度。
[0101]
接下来，车道保持控制设备100确定目标横摆角速度和横摆角速度之间的误差
并通过使用该误差和校正系数k生成反馈所需转向角校正值(s105)。
[0102]
车道保持控制设备100通过将反馈的所需转向角校正值添加到通过式2确定的所需转向角来校正所需转向角(s106)。也就是说，车道保持控制设备100可以通过将基于前馈的所需转向角和基于横摆角速度反馈的所需转向角相加，来确定最终校正的所需转向角δ
d_co
。
[0103]
因此，车道保持控制设备100可以通过将基于横摆角速度反馈的所需转向角添加到基于前馈的所需转向角来确定最终校正的所需转向角，从而使得易于跟随目标转弯半径并改进系统性能。
[0104]
图5a、图5b和图5c示出根据本发明的各种示例性实施方式的用于描述基于横摆角速度反馈的车道保持控制效果的视图。图5a，图5b和图5c示出在没有横摆角速度反馈的情况下基于前馈确定所需转向角的常规方法和本发明的将基于横摆角速度反馈的所需转向角反映到基于前馈的所需转向角的方法之间的效果差异。
[0105]
参考图5a，可以看出，根据本发明的各种示例性实施方式的到车道中心部的误差502明显小于根据常规方法的到车道中心部的误差501。
[0106]
再参考图5b，可以看出，根据本发明的各种示例性实施方式，目标横摆角速度和横摆角速度之间的差值512明显小于根据现有方法的目标横摆角速度和横摆角速度之间的差值511。
[0107]
此外，参考图5c，可以看出，根据本发明的各种示例性实施方式的转向改变值522明显小于根据常规方法的转向改变值521。
[0108]
如表1所示，可以看出，通过添加横摆角速度反馈控制，路径偏移和目标横摆角速度误差得到改善。
[0109]
[表1]
[0110][0111][0112]
由此，与不进行与是否实际跟随所需转向角相关的反馈的相关技术相比，根据本发明的各种示例性实施方式，当实际转弯半径与目标转弯半径不同时，根据几何图确定所需转向角，并根据横摆角速度反馈校正所需转向角，即通过连续反馈误差并校正和反映所需转向角，能够提高车道保持控制的可靠性。
[0113]
图6示出根据本发明的各种示例性实施方式的计算系统。
[0114]
参考图6，计算系统1000包括通过总线1200连接的至少一个处理器1100、存储器
(memory)1300、用户接口输入装置1400、用户接口输出装置1500、存储器(storage)1600和网络接口1700。
[0115]
处理器1100可以是中央处理单元(cpu)或半导体器件，其对存储在存储器1300(memory)和/或存储器1600(storage)中的命令执行处理。存储器1300(memory)和存储器1600(storage)可以包括各种类型的易失性或非易失性存储介质。例如，存储器1300(memory)可以包括只读存储器(rom)1310和随机存取存储器(ram)1320。
[0116]
因此，结合本文所包括的示例性实施方式描述的方法或算法的步骤可由硬件、软件模块或两者的组合直接实现，由处理器1100执行。软件模块可以驻留在存储介质(即，存储器1300(memory)和存储器1600(storage))中，例如ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘和cd-rom。
[0117]
示例性存储介质耦接至处理器1100，处理器1100可从存储介质读取信息并向存储介质写入信息。或者，存储介质可以与处理器1100集成。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(asic)中。asic可以驻留在用户终端内。或者，处理器和存储介质可以作为单独的组件驻留在用户终端内。
[0118]
以上描述仅示例性地说明本发明的技术思想，所属领域的技术人员可以在不脱离本发明基本特征的情况下对本发明的各种示例性实施方式进行各种修改和变化。
[0119]
术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前部”、“后部”、“背部”、“内部”、“外部”、“向内地”、“向外地”、“内部的”、“外部的”、“内的”、“外的”、“向前”和“向后”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。还应理解，术语“连接”或其派生词指直接连接和间接连接。
[0120]
以上对本发明具体示例性实施方式的描述是为了说明和描述。它们并非旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然可以根据上述教导进行各种修改和变化。示例性实施方式的选取和描述是为了解释本发明的一些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施方式以及其各种替代方案和修改方案。本发明的范围由所附权利要求及其等效方式限定。