CN101596903A - 多功能汽车横向驾驶辅助方法及其辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能汽车横向驾驶辅助方法及其辅助系统，它包括以下步骤：1)设置一多功能汽车横向驾驶辅助系统；2)根据获取的驾驶员操作信息和自车运行状态信息；判断当前车速V是否大于V₀，如果是，进入步骤3)；反之，启动电动助力转向功能；3)判断驾驶员当前有无操作，如果无，进入步骤4)；反之，判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作；4)判断自车当前是否偏离车道，如果是，进入步骤5)；反之，返回步骤2)；5)实施车道防偏离报警辅助，并判断驾驶员当前有无车道防偏离操作，如果有，返回步骤2)；反之，实施车道防偏离辅助。本发明功能齐全、控制精度高、易于被驾驶员接受。

Description

多功能汽车横向驾驶辅助方法及其辅助系统

技术领域

本发明涉及一种自车驾驶辅助技术领域，特别是关于一种多功能汽车横向驾驶辅助方法及其辅助系统。

背景技术

汽车横向驾驶辅助技术是交通运输安全保障技术的重要方面，是提高行车安全的重要手段。据美国联邦公路局统计，美国2002年所有致命的交通事故中44％与车道偏离有关，仅增加车道偏离预警可以避免30～70％该类交通事故的发生。

目前，国内外的汽车横向驾驶辅助系统主要包括行驶记录仪系统、EPS系统、车道保持辅助系统、车道偏离辅助系统和换道安全辅助系统等。行驶记录仪系统是能够对自车行驶速度、时间、里程以及有关自车行驶的其他状态信息进行记录、存储并通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。带视频的汽车行驶记录仪系统还可以会把紧急刹车或紧急打方向盘等突发状况识别为事故，记录1分钟内的速度、方向盘角度、刹车和油门动作等各种数据，而且通过车镜安装微型摄像头，自动记录从驾驶位上看到的事故前10秒和后5秒的场面。EPS系统通过方向盘转矩传感器和方向盘转角传感器来获取驾驶员作用在方向盘上的转矩和转角的大小和方向，结合车速信息，通过电控单元ECU计算，得出助力电动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制。车道保持辅助系统、车道偏离辅助系统和换道安全辅助系统都是通过行车环境传感器获取行车环境信息，通过车载状态传感器获取车辆当前状态信息，通过驾驶员操作传感器来获取驾驶员操作信息，并将上述信息进行融合分析。其中，车道保持辅助系统分析判断驾驶员是否在进行正常车道保持操作，并确定是否需要增加辅助，在必要时通过执行器的动作来辅助驾驶员的车道保持操作。车道偏离辅助系统判断驾驶员是否因注意力分散、疏忽大意而放弃对车辆的操作，然后按照一定的车道偏离准则，对车道偏离的危险程度进行决策，在必要时对驾驶员发出车道偏离警报，或者通过执行器的动作来阻止车道偏离的发生。换道安全辅助系统在驾驶员未观察到旁车道行驶车辆，或错误判断旁车道行驶车辆与自车的相对运动关系而进行换道操作时，对换道碰撞的危险程度进行判断决策，在必要时对驾驶员发出换道碰撞警报，或通过执行器的动作来阻止换道碰撞的发生。

上述汽车横向驾驶辅助系统在一定程度上可以避免事故的发生，提高了行车安全性能，但是大部分系统功能相对单一，分别针对行驶信息记录、辅助转向、辅助保持、危险报警或干涉阻止等，应用范围较窄。部分系统集成了一些辅助功能，如电动转向助力、车道保持辅助和车道偏离报警，但是缺乏精确的功能协调控制方法，因而容易造成系统对于驾驶员操作的错误干涉，影响了驾驶员对于系统的接受性。同时，每种横向驾驶辅助系统的硬件装置开发都需要很大投入，成本高，其功能的单一性进一步限制了系统的推广。更重要的是，带辅助操作功能的系统还需要改动车辆转向系统控制器的算法，使控制器能够接收多种传感器信息，并加入安全策略模块和控制模块，实现对转向力矩的控制，才能完成多种功能，而控制器算法是汽车厂商的核心机密，对于开发汽车横向驾驶辅助系统的第三方厂商来说，很难实现辅助系统面向普通车辆的嵌入安装。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种车辆横向驾驶辅助功能齐全、控制精度高、驾驶员接受程度高的多功能汽车横向驾驶辅助方法及其辅助系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：它包括以下步骤：1)设置一包括信息采集装置、图像处理装置、主控制器、报警执行器、EPS控制器和执行电机的多功能汽车横向驾驶辅助系统，所述主控制器内预设置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作参数N、驾驶员无操作意图临界值N₀、车道偏离临界值TLC₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块；2)根据所述信息采集装置获取的驾驶员操作信息和自车运行状态信息；判断当前车速V是否大于所述V₀，如果是，则进入步骤3)；反之，则启动电动助力转向功能；3)判断驾驶员当前有无操作，如果无，则进入步骤4)；反之，继续判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作；4)判断自车当前是否偏离车道，如果是，则进入步骤5)；反之，返回步骤2)；5)实施车道防偏离报警辅助，并判断驾驶员当前有无车道防偏离操作，如果有，返回步骤2)；反之，则实施车道防偏离辅助；在所述步骤3)中，判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作时，当驾驶员当前具有换道操作意图或换道操作时，返回步骤2)；当驾驶员当前具有车道保持操作时，进入步骤6)；6)判断驾驶员实施的车道保持辅助力矩是否大于自车所需力矩，如果是，返回步骤2)；反之，实施车道保持辅助。

判断驾驶员有无操作的具体步骤如下：1)获取驾驶员操作信息，判断本周期内自车转角变化量Δθ是否小于所述Δθ₀，如果是，则进入步骤2)；反之，则驾驶员无操作参数N为0，即驾驶员有操作；2)判断本周期内自车转矩T是否小于预设的转矩临界值所述T₀，如果是，则所述N增加1，且进入步骤3)；反之，所述N为0，即驾驶员有操作；3)判断所述N是否大于所述N₀，如果是，则驾驶员无操作意图；反之，驾驶员有操作意图。

判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作的具体步骤如下：1)根据驾驶员的操作信息，判断本周期内相对距离d是否小于上周期相应值，如果是，则进入步骤2)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；2)判断本周期内横向加速度a_y是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤3)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；3)判断本周期横摆角速度ω是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤4)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；4)判断所述TLC是否小于平时车道保持时的TLC值，如果是，则驾驶员具有换道操作；反之，则驾驶员具有换道意图。

判断自车是否在偏离车道的过程如下：判断所述TLC是否小于所述TLC₀，如果是，则自车正在偏离车道；反之，自车尚未偏离车道。

判断驾驶员有无采取车道防偏离操作的过程如下：判断自车转矩变化量ΔT是否大于所述ΔT₀，如果是，则判断为驾驶员采取了车道防偏离操作；反之，驾驶员未采取防偏离操作。

一种实现多功能汽车横向驾驶辅助方法的系统，其特征在于：它包括：一信息采集装置，其采集驾驶员操作信息和自车运行状态信息；一图像处理装置，其输入来自所述信息采集装置输出的驾驶员操作信息和自车运行状态信息；一主控制器，输入来自所述图像处理装置输出的经处理图像信息；一报警执行器，其输入来自所述主控制器输出的报警指令；一EPS控制器，其输入来自所述主控制器输出的换道辅助控制指令、车道防偏离辅助控制指令和车道保持辅助控制指令；一执行电机，输入来自所述EPS控制器输出的PWM信号；一人机界面，其显示内容为所述主控制器输出的当前驾驶员操作信息和自车运行状态信息。

所述信息采集装置包括一摄像机、一雷达、一方向盘转矩传感器、一方向盘转角传感器、一车轮轮速传感器、一加速度传感器、一横摆角速度传感器、一车道偏离报警开关、一车道防偏离开关和一车道保持辅助开关。

所述图像处理装置包括：一视频输入模块，其将所述摄像机采集到的图像信息解码成数字信号；一串口模块，其作为所述雷达采集信息的通道；一模数采集模块，其将所述方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器、加速度传感器和横摆角速度传感器输入的自车状态信息转换成数字信号；一开关量采集模块，其采集所述将车道偏离报警开关、车道防偏离开关和车道保持辅助开关的开闭信息；一微处理器，其对所述视频输入模块输入的数字信号进行识别处理，同时作为所述串口模块、模数采集模块和开关量采集模块的信息通道；一数据存储模块，其存储所述微处理器输出的经识别的图像信息和其它所述模块输入的信息；CAN输出模块，其作为所述微处理器的输出信息通道；电源模块，将自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为所述图像处理装置中其它各模块供电。

所述主控制器包括：一CAN输入模块，用于接收所述信息处理装置中CAN输出模块输入的信息；一微处理器，其内预置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作意图临界值N₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块；其根据计算并生成报警指令和辅助控制指令；一PWM输出模块，其将所述微处理器输入的报警指令转化为脉冲信号输送给所述报警执行器；一SCI输出模块，其将所述微处理器输入的辅助控制指令输送给所述EPS控制器；一电源模块，将所述自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为所述主控制器中其它各模块供电。

所述EPS控制器包括：一串口模块，其输出所述主控制器中的SCI输出模块输入的辅助控制指令；一微处理器，其包括均预设置有电流阈值的EPS控制模块和车道保持辅助控制模块，所述EPS控制模块和车道保持辅助控制模块根据所述串口模块输入的辅助控制指令的不同而进行切换，生成并输出相应的控制PWM信号；一H桥驱动模块，其将所述微处理器输入的PWM信号输送给所述执行电机；一模数采集模块，其将采集到的所述执行电机工作电流转换为数字信号，并传输给所述微处理器，作为电机控制反馈信号以控制所述执行电机的电流；一电源模块，其将所述自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为所述EPS控制器中其它各模块供电。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明方法中设置了信息采集装置、图像处理装置、主控制器、报警执行器、EPS控制器和执行电机，主控制器集成有电动助力转向ESP(Electric Power Steering，电子控制动力转向)、车道保持辅助、车道偏离报警、车道防偏离等多种辅助功能，并将功能齐全的按序进行比较、判断运算处理，并将运算结果转化为相应的控制量，输送给EPS控制器或者报警执行器，EPS控制器或报警执行器随后按照控制量对自车实施转向控制或对驾驶员进行报警，以保证自车的安全行驶，因此本发明方法功能齐全，控制精度高、响应速度快。2、由于本发明系统采用了多种传感器，通过对车速和驾驶员意图的判断，能够准确区分各种功能的适用范围及驾驶员的车道保持操作、换道操作和车辆的车道偏离状态，针对不同情况采用不同决策，从而有效协调各种功能之间的切换，有效避免对驾驶员正常操作造成的影响。3、由于本发明中的信息采集装置、报警执行器、EPS控制器和执行电机只对原车进行了简单的改造，而且多种安全功能的控制器可以在车辆的设计生产中作为车辆的原装配置加入，因此本发明系统不仅安全功能齐全，而且可以实现对普通车辆的嵌入安装，应用范围广，还节约了成本。

附图说明

图1是本发明的控制流程图

图2是驾驶员操作意图判断流程图

图3是驾驶员操作识别流程图

图4是车道偏离报警判断流程图

图5是车道防偏离判断流程图

图6是本发明的结构示意图

图7是本发明中信息采集装置和图像处理装置的结构示意图

图8是本发明中主控制器的结构示意图

图9是本发明中EPS控制器的结构示意图

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明方法包括以下步骤：

1)设置一多功能汽车横向驾驶辅助系统，它包括一信息采集装置1、一图像处理装置2、一主控制器3、一报警执行器4、一EPS控制器5和一执行电机6。主控制器3中预设置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作参数N、驾驶员无操作意图临界值N₀、车道偏离临界值TLC₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块。

其中，跨道时间TLC的计算模块为： $\mathrm{TLC}=\frac{d_y}{V_y},$ 自车横向速度计算模块为：V_y＝Vsinδ。式中，d_y为自车偏离方向的前轮与车道线之间的距离，V为自车车速，δ为自车航向角。

2)根据信息采集装置1获取的驾驶员操作信息和自车运行状态信息，其中，驾驶员操作信息种类包括换道操作意图、换道操作、车道保持操作和车道防偏离操作；自车运行状态信息包括车速V、转角θ、转矩T、相对距离(自车相对于其前车的距离)d、车轮的转速、纵向加速度a_y、横向加速度a_x和横摆角速度ω等。判断当前车速V是否大于功能切换时的速度临界值V₀，如果是，则进入步骤3)；反之，则启动普通的电动助力转向功能。

3)判断驾驶员当前有无操作，如果无，则进入步骤4)；反之，继续判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作。

4)判断自车当前是否偏离车道，如果是，则进入步骤5)；反之，返回步骤2)。

5)实施车道防偏离报警辅助，并判断驾驶员当前有无车道防偏离操作，如果有，返回步骤2)；反之，则实施车道防偏离辅助。

在上述步骤3)中，判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作时，当驾驶员当前具有换道操作意图或换道操作时，返回步骤2)；当驾驶员当前具有车道保持操作时，进入步骤6)。

6)判断驾驶员实施的车道保持辅助力矩是否大于自车所需力矩，如果是，返回步骤2)；反之，实施车道保持辅助。

上述自车所需力矩大小为可以根据驾驶员的自由驾驶数据进行统计后得到，或通过在线辨识得到，与驾驶员的驾驶风格相关，自车所需力矩存储在主控制器3中。

如图2所示，在上述步骤3)中，判断驾驶员有无操作的具体步骤如下：

1)获取驾驶员操作信息，判断本周期内自车转角变化量Δθ是否小于预设的单位周期内转角变化临界值Δθ₀，如果是，则进入步骤2)；反之，则驾驶员无操作参数N为0，即驾驶员有操作。

2)判断本周期内自车转矩T(该值为本周期内自车转矩T的平均值)是否小于预设的转矩临界值T₀，如果是，则驾驶员无操作参数N增加1，且进入步骤3)；反之，驾驶员无操作参数N为0，即驾驶员有操作。

3)判断驾驶员无操作参数N是否大于驾驶员无操作意图临界值N₀，如果是，则驾驶员无操作意图；反之，驾驶员有操作意图。

如图1、图3所示，判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作的具体步骤如下：

1)根据驾驶员的操作信息，判断本周期内相对距离d是否小于上周期相应值，如果是，则进入步骤2)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作。

2)判断本周期内横向加速度a_y(该值为本周期内横向加速度a_y的平均值)是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤3)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作。

3)判断本周期横摆角速度ω(该值为本周期内横摆角速度ω的平均值)是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤4)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作。

4)判断自车当前跨道时间TLC是否小于平时车道保持时的TLC值，如果是，则驾驶员具有换道操作；反之，即驾驶员具有换道意图。

上述平时车道保持时的TLC值可以根据驾驶员的自由驾驶数据进行统计后得到，或通过在线辨识得到，并存储在主控制器3中，与驾驶员的驾驶风格相关。

如图4所示，判断自车是否在偏离车道的过程如下：

判断自车跨道时间TLC是否小于车道偏离临界值TLC₀，如果是，则自车正在偏离车道；反之，自车尚未偏离车道。

如图5所示，判断驾驶员有无采取车道防偏离操作的过程如下：

判断自车本周期内转矩变化量ΔT是否大于预设的本周期内自车转矩变化临界值ΔT₀，如果是，则判断为驾驶员采取了车道防偏离操作；反之，驾驶员未采取防偏离操作。

如图6所示，本发明系统包括一信息采集装置1、一图像处理装置2、一主控制器3、一报警执行器4、一EPS控制器5、一执行电机6和一人机界面7。其中，图像处理装置2将信息采集装置1采集到的所有状态信息图像处理后，输送给主控制器3，由主控制器3进行比较、判断运算，并将运算的结果转换为输出给报警执行器4的报警指令或输出给EPS控制器5的辅助控制指令，报警执行器4按照输入的指令向驾驶员发出报警信息或者EPS控制器5按照输入的指令控制执行电机6对自车实施转向辅助控制，以保证自车的安全行驶。另外，主控制器3将其获取的所有状态信息发送至人机界面7上显示，本实施例中的人机界面7可以采用触摸显示屏，也可以采用其它显示设备。

上述所有状态信息包括驾驶员操作信息包括换道操作意图、换道操作、车道保持操作和车道防偏离操作；自车运行状态信息包括车速V、转角θ、转矩T、相对距离d、车轮的转速、纵向加速度a_y、横向加速度a_x和横摆角速度ω等。辅助控制指令包括换道辅助控制指令、车道防偏离辅助控制指令和车道保持辅助控制指令。

如图7所示，信息采集装置1包括一摄像机11、一雷达12、一方向盘转矩传感器13、一方向盘转角传感器14、一车轮轮速传感器15、一加速度传感器16、一横摆角速度传感器17、一车道偏离报警开关18、一车道防偏离开关19和一车道保持辅助开关20。摄像机11安装在自车前挡风玻璃与后视镜之间，用于采集道路环境和自车在车道中所处位置图像信息。雷达12可以采用毫米波雷达，其安装在自车保险杠中央，用于采集自车相对于前车的距离和速度信号。方向盘转矩传感器13安装在自车的方向盘总成内，用于采集驾驶员转矩信号。方向盘转角传感器14安装在自车的方向盘总成内，用于采集方向盘转角信号。车轮轮速传感器15分别设置在自车的四个车轮上，用于采集各车轮的轮速。加速度传感器16固定在自车底盘的整车重心位置，用于采集自车纵向加速度和横向加速度信号。横摆角速度传感器17固定在自车底盘的整车重心位置，用于采集自车的横摆角速度信号。车道偏离报警开关18安装在自车仪表盘下方，作为车道偏离报警功能的开关。车道防偏离开关19安装在自车仪表盘下方，作为车道防偏离的开关。车道保持辅助开关20安装在自车仪表盘下方，作为车道保持辅助的开关。车道偏离报警开关18、车道防偏离开关19和车道保持辅助开关20为常开，若驾驶员将这三个开关关闭，则本发明系统关闭。摄像机11、毫米波雷达12、方向盘转矩传感器13、方向盘转角传感器14、车轮轮速传感器15、加速度传感器16、横摆角速度传感器17、车道偏离报警开关18、车道防偏离开关19和车道保持辅助开关20均为本领域常用设备，在此不再详述。

如图7所示，图像处理装置2可以采用带图像处理的行驶记录仪，其是一基于TI DM6437芯片开发的单片机，用于对信息采集装置1采集到的图像进行识别处理。图像处理装置2包括一视频输入模块21、一串口模块22、一模数采集模块23、一开关量采集模块24、一数据存储模块25、一CAN(Controller Area Network，控制器局域网)输出模块26、一微处理器27和一电源模块28。

视频输入模块21为一视频解码电路，其将摄像机11采集到的道路环境和自车在车道中所处位置图像信息解码成数字信号，输送给微处理器27。

串口模块22为一串行通信接口电路，其作为雷达12采集信息的通道，其将雷达12采集到的自车相对于前车的距离和速度信号，输送给微处理器27。

模数采集模块23为一模数转换电路，其将方向盘转矩传感器13输入的驾驶员转矩信号、方向盘转角传感器14输入的方向盘转角信号、轮速传感器13输入的自车车速信号、加速度传感器16输入的自车纵向和横向加速度信号和横摆角速度传感器17输入的自车的横摆角速度信号均转换成数字信号，输送给微处理器27。

开关量采集模块24为一光电隔离电路，其将车道偏离报警开关18输入的车道偏离报警功能开启/关闭状态信号、车道防偏离开关19输入的车道偏离防止功能开启/关闭状态信号和车道保持辅助开关20输入的车道保持辅助功能开启/关闭状态信号，输送给微处理器27。

微处理器25对视频输入模块21输入的数字信号进行识别处理，得到如自车偏离方向的前轮与车道线之间的距离等之类的信息；同时微处理器25作为串口模块22、模数采集模块23和开关量采集模块24采集信息的通道，将串口模块22、模数采集模块23和开关量采集模块24输入的信息并同识别处理后的图像信息输送给数据存储模块26和CAN输出模块27。

数据存储模块26为一CF(Compact Flash，标准闪存)卡，为微处理器25存储所有状态信息。

CAN输出模块27为一CAN通讯芯片，作为微处理器26的输出信息通道，CAN输出模块27将微处理器25输入的信息输出给主控制器3。

电源模块28将自车上的12V车载蓄电池8提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为图像处理装置2中其它各模块供电。

如图8所示，主控制器3采用的是一基于Freescale HCS12芯片开发的单片机，其包括一CAN输入模块31、一微处理器32、一PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出模块33、一驱动电路34、一SCI(Serial Communication Interface，串行通信接口)输出模块35和一电源模块36。

CAN输入模块31为一CAN通讯芯片，用于接收信息处理装置1中CAN输出模块27输入的信息。

微处理器32中预设置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作参数N、驾驶员无操作意图临界值N₀、车道偏离临界值TLC₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块。其中，功能切换时的车速临界值V₀根据国际标准和国家标准进行设定，转角变化临界值Δθ₀和转矩临界值T₀根据自车的转向系统结构进行设定，针对不同自车有不同的数值，驾驶员无操作临界值N₀需要根据微处理器32的运算周期进行设定。微处理器32中还会存储自车所需力矩值和平时车道保持时的TLC值，自车所需力矩值和平时车道保持时的TLC值可以根据驾驶员的自由驾驶数据进行统计后得到，或通过在线辨识得到，与驾驶员的驾驶风格相关。

其中，跨道时间TLC的计算模块为： $\mathrm{TLC}=\frac{d_y}{V_y},$ 自车横向速度计算模块为：V_y＝Vsinδ。式中，d_y为自车偏离方向的前轮与车道线之间的距离，V为CAN模块31自车车速，δ为自车航向角。

微处理器32根据计算出的量生成输送给报警执行器4的报警指令或执行电机6的控制指令。

PWM输出模块33为一脉冲调制电路，其将微处理器32输入的报警指令转化为脉冲信号输送给驱动电路34，驱动电路34作为报警执行器4的驱动源。

SCI输出模块35为一串行通信接口电路，其将微处理器32输入的辅助控制指令输送给EPS控制器5，以驱动执行电机6。

电源模块36将自车上的12V车载蓄电池8提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为主控制器3中其它各模块供电。

主控制器3工作时，首先，微处理器32接收来自CAN输入模块31输送的信号，并将自车车速V与功能切换时的车速临界值V₀进行比较。当V小于V₀时，微处理器32启动电动助力转向功能，微处理器32输送一换道辅助控制指令给SCI输出模块35。当V大于V₀时，微处理器32按照上述判断驾驶员有无操作的方法，去判断驾驶员当前有无操作。当判断出驾驶员无操作时，微处理器32继续按照上述判断自车是否偏离车道的方法，去判断自车是否偏离车道，当判断出自车在偏离车道时，微处理器32输送一报警脉冲信号给PWM输出模块33，再通过驱动电路34驱动报警执行器4报警。然后，微处理器32按照上述判断驾驶员有无采取车道防偏离操作的方法，去判断驾驶员有无采取车道防偏离操作，如果没有，微处理器32输入一车道防偏离辅助控制指令给SCI输出模块35。

上述过程中，当微处理器32判断出驾驶员有操作时，继续按照上述判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作的方法，去判断驾驶员当前在采取何种操作，当判断出驾驶员在换道或具有换道意图时，微处理器32不发出辅助控制指令。当判断出驾驶员在车道保持操作时，微处理器32判断驾驶员的保持力矩是否大于自车所需力矩，如果是，微处理器32不发出辅助控制指令；反之，微处理器32输入一车道保持辅助控制指令给SCI输出模块35。

如图9所示，EPS控制器5采用Freescale HCS08单片机作为控制芯片，其包括一串口模块51、一微处理器52、一H桥驱动模块53、一模数采集模块54和一电源模块55。

串口模块51为一串行通信接口电路，其输入端连接SCI输出模块35，输出端与微处理器52的输入端连接，用于将SCI输出模块35输入的辅助控制指令输送给微处理器52。

微处理器52为一Freescale HCS08单片机，其包括EPS(Electric PoweringSteering，电动助力)控制模块521和车道保持辅助控制模块522，EPS控制模块521和车道保持辅助控制模块522内均预设置有电流阈值。EPS控制模块521和车道保持辅助控制模块522的输入端均连接串口模块51，通过一选择开关连接H桥驱动模块53的输入端。EPS控制模块521和车道保持辅助控制模块522根据串口模块5输入的辅助控制指令的不同而进行切换，生成相应的控制PWM信号输送给H桥驱动模块53。

H桥驱动模块53为一电机驱动电路，其将微处理器52输入的PWM信号输送给执行电机6，以驱动执行电机6。

模数采集模块54为一模数转换电路，其将采集到的执行电机6工作电流转换为数字信号，并传输给微处理器52，作为电机控制反馈信号以控制执行电机6电流。

电源模块55将自车上的12V车载蓄电池8提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为EPS控制器5中各模块供电。

EPS控制器52工作时，首先来自串口模块51按照辅助控制指令的不同，将换道辅助控制指令和车道防偏离辅助控制指令输送给EPS控制模块521，将车道保持辅助控制指令输送给车道保持辅助控制模块522。EPS控制模块521或车道保持辅助控制模块522根据输入的辅助控制指令生成一期望电机电流和一与该期望电流相应的PWM信号，并将该PWM信号通过H桥驱动模块53输送给执行电机6。同时，微控制器54接收来自模数转换模块52采集的执行电机6的工作电流值，若工作电流大于设定阈值，则输出占空比为0的PWM信号，使执行电机6停止工作。反之，则计算期望电流与工作电流之间的差值，经PID(Proportion Integral Derivative，比例积分微分控制器)调节输出一定占空比的PWM信号。该PWM信号传送至H桥驱动模块55，经光电隔离后驱动电机6工作。

上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (14)

1、一种多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)设置一包括信息采集装置、图像处理装置、主控制器、报警执行器、EPS控制器和执行电机的多功能汽车横向驾驶辅助系统，所述主控制器内预设置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作参数N、驾驶员无操作意图临界值N₀、车道偏离临界值TLC₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块；

2)根据所述信息采集装置获取的驾驶员操作信息和自车运行状态信息；判断当前车速V是否大于所述V₀，如果是，则进入步骤3)；反之，则启动电动助力转向功能；

3)判断驾驶员当前有无操作，如果无，则进入步骤4)；反之，继续判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作；

4)判断自车当前是否偏离车道，如果是，则进入步骤5)；反之，返回步骤2)；

5)实施车道防偏离报警辅助，并判断驾驶员当前有无车道防偏离操作，如果有，返回步骤2)；反之，则实施车道防偏离辅助；

在所述步骤3)中，判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作时，当驾驶员当前具有换道操作意图或换道操作时，返回步骤2)；当驾驶员当前具有车道保持操作时，进入步骤6)；

6)判断驾驶员实施的车道保持辅助力矩是否大于自车所需力矩，如果是，返回步骤2)；反之，实施车道保持辅助。

2、如权利要求1所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断驾驶员有无操作的具体步骤如下：

1)获取驾驶员操作信息，判断本周期内自车转角变化量Δθ是否小于所述Δθ₀，如果是，则进入步骤2)；反之，则驾驶员无操作参数N为0，即驾驶员有操作；

2)判断本周期内自车转矩T是否小于预设的转矩临界值所述T₀，如果是，则所述N增加1，且进入步骤3)；反之，所述N为0，即驾驶员有操作；

3)判断所述N是否大于所述N₀，如果是，则驾驶员无操作意图；反之，驾驶员有操作意图。

3、如权利要求1所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作的具体步骤如下：

1)根据驾驶员的操作信息，判断本周期内相对距离d是否小于上周期相应值，如果是，则进入步骤2)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

2)判断本周期内横向加速度a_y是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤3)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

3)判断本周期横摆角速度ω是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤4)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

4)判断所述TLC是否小于平时车道保持时的TLC值，如果是，则驾驶员具有换道操作；反之，则驾驶员具有换道意图。

4、如权利要求2所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断驾驶员当前是具有换道操作意图，还是在换道操作或车道保持操作的具体步骤如下：

1)根据驾驶员的操作信息，判断本周期内相对距离d是否小于上周期相应值，如果是，则进入步骤2)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

2)判断本周期内横向加速度a_y是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤3)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

3)判断本周期横摆角速度ω是否大于上周期相应值，如果是，则进入步骤4)；反之，驾驶员当前具有车道保持操作；

4)判断所述TLC是否小于平时车道保持时的TLC值，如果是，则驾驶员具有换道操作；反之，则驾驶员具有换道意图。

5、如权利要求1或2或3或4所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断自车是否在偏离车道的过程如下：判断所述TLC是否小于所述TLC₀，如果是，则自车正在偏离车道；反之，自车尚未偏离车道。

6、如权利要求1或2或3或4所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断驾驶员有无采取车道防偏离操作的过程如下：判断自车转矩变化量ΔT是否大于所述ΔT₀，如果是，则判断为驾驶员采取了车道防偏离操作；反之，驾驶员未采取防偏离操作。

7、如权利要求5所述的多功能汽车横向驾驶辅助方法，其特征在于：判断驾驶员有无采取车道防偏离操作的过程如下：判断自车转矩变化量ΔT是否大于所述ΔT₀，如果是，则判断为驾驶员采取了车道防偏离操作；反之，驾驶员未采取防偏离操作。

8、一种实现如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述方法的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：它包括：

一信息采集装置，其采集驾驶员操作信息和自车运行状态信息；

一图像处理装置，其输入来自所述信息采集装置输出的驾驶员操作信息和自车运行状态信息；

一主控制器，其输入来自所述图像处理装置输出的经处理图像信息；

一报警执行器，其输入来自所述主控制器输出的报警指令；

一EPS控制器，其输入来自所述主控制器输出的换道辅助控制指令、车道防偏离辅助控制指令和车道保持辅助控制指令；

一执行电机，其输入来自所述EPS控制器输出的PWM信号；

一人机界面，其显示内容为所述主控制器输出的当前驾驶员操作信息和自车运行状态信息。

9、如权利要求8所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述信息采集装置包括一摄像机、一雷达、一方向盘转矩传感器、一方向盘转角传感器、一车轮轮速传感器、一加速度传感器、一横摆角速度传感器、一车道偏离报警开关、一车道防偏离开关和一车道保持辅助开关。

10、如权利要求8所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述图像处理装置包括：

一视频输入模块，其将所述摄像机采集到的图像信息解码成数字信号；

一串口模块，其作为所述雷达采集信息的通道；

一模数采集模块，其将所述方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器、加速度传感器和横摆角速度传感器输入的自车状态信息转换成数字信号；

一开关量采集模块，其采集所述将车道偏离报警开关、车道防偏离开关和车道保持辅助开关的开闭信息；

一微处理器，其对所述视频输入模块输入的数字信号进行识别处理，同时作为所述串口模块、模数采集模块和开关量采集模块的信息通道；

一数据存储模块，其存储所述微处理器输出的经识别的图像信息和其它所述模块输入的信息；

CAN输出模块，其作为所述微处理器的输出信息通道；

电源模块，将自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为所述图像处理装置中其它各模块供电。

11、如权利要求9所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述图像处理装置包括：

一视频输入模块，其将所述摄像机采集到的图像信息解码成数字信号；

一串口模块，其作为所述雷达采集信息的通道；

一模数采集模块，其将所述方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器、加速度传感器和横摆角速度传感器输入的自车状态信息转换成数字信号；

一开关量采集模块，其采集所述将车道偏离报警开关、车道防偏离开关和车道保持辅助开关的开闭信息；

一微处理器，其对所述视频输入模块输入的数字信号进行识别处理，同时作为所述串口模块、模数采集模块和开关量采集模块的信息通道；

一数据存储模块，其存储所述微处理器输出的经识别的图像信息和其它所述模块输入的信息；

CAN输出模块，其作为所述微处理器的输出信息通道；

电源模块，将自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，分别为所述图像处理装置中其它各模块供电。

12、如权利要求8或9或10或11所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述主控制器包括：

一CAN输入模块，用于接收所述信息处理装置中CAN输出模块输入的信息；

一微处理器，其内预置有功能切换时的车速临界值V₀、转角变化临界值Δθ₀、转矩临界值T₀、驾驶员无操作意图临界值N₀、跨道时间TLC的计算模块和自车横向速度计算模块；其根据计算并生成报警指令和辅助控制指令；

一PWM输出模块，其将所述微处理器输入的报警指令转化为脉冲信号输送给所述报警执行器；

一SCI输出模块，其将所述微处理器输入的辅助控制指令输送给所述EPS控制器；

一电源模块，将所述自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为所述主控制器中其它各模块供电。

13、如权利要求8或9或10或11所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述EPS控制器包括：

一串口模块，其输出所述主控制器中的SCI输出模块输入的辅助控制指令；

一微处理器，其包括均预设置有电流阈值的EPS控制模块和车道保持辅助控制模块，所述EPS控制模块和车道保持辅助控制模块根据所述串口模块输入的辅助控制指令的不同而进行切换，生成并输出相应的控制PWM信号；

一H桥驱动模块，其将所述微处理器输入的PWM信号输送给所述执行电机；

一模数采集模块，其将采集到的所述执行电机工作电流转换为数字信号，并传输给所述微处理器，作为电机控制反馈信号以控制所述执行电机的电流；

一电源模块，其将所述自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为所述EPS控制器中其它各模块供电。

14、如权利要求12所述的多功能汽车横向驾驶辅助系统，其特征在于：所述EPS控制器包括：

一串口模块，其输出所述主控制器中的SCI输出模块输入的辅助控制指令；

一微处理器，其包括均预设置有电流阈值的EPS控制模块和车道保持辅助控制模块，所述EPS控制模块和车道保持辅助控制模块根据所述串口模块输入的辅助控制指令的不同而进行切换，生成并输出相应的控制PWM信号；

一H桥驱动模块，其将所述微处理器输入的PWM信号输送给所述执行电机；

一模数采集模块，其将采集到的所述执行电机工作电流转换为数字信号，并传输给所述微处理器，作为电机控制反馈信号以控制所述执行电机的电流；

一电源模块，其将所述自车上的12V车载蓄电池提供的不稳定直流电，转换成稳定的5V和12V直流电，为所述EPS控制器中其它各模块供电。

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