CN102529966B - 用于车道对中系统的基于驾驶的车道偏移控制 - Google Patents

用于车道对中系统的基于驾驶的车道偏移控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在自动或半自动车辆驾驶系统中提供自适应车道对中的系统和方法，包括激活车道对中控制系统，检测车道对中控制系统的驾驶员转向超驰，当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移，确定车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，和调节车道对中控制系统中的车道对中偏移以补偿驾驶员偏置。

Description

用于车道对中系统的基于驾驶的车道偏移控制
技术领域
本发明总体涉及一种用于自动驾驶车辆中的自适应车道对中的系统和方法，更具体地涉及一种为车道对中系统提供自适应的基于驾驶的车道偏移控制的系统和方法。
背景技术
现代车辆的操作变得更加自动化，例如，车辆能够提供驾驶员更少干涉的驾驶控制。巡航控制系统已经用在车辆上数年，其中车辆操作员可设置车辆的特定的速度，并且车辆将维持此速度而不需要驾驶员操作节气门。本领域最近已经开发了自适应巡航控制系统，在该自适应巡航控制系统中，不仅系统维持设定速度，而且在使用各种传感器（例如雷达和摄像机）检测到前方移动较慢的车辆的情况下还将自动地减慢车辆。现代车辆控制系统的其它变化包括自动泊车，其中，车辆将自动提供用于泊车的转向控制，如果驾驶员做出可能影响车辆稳定性的急剧转向改变时进行介入，以及车辆系统试图维持车辆接近车道中心的车道对中能力。另外，全自动车辆已经被证实在模拟的市内交通中行驶至30mph，遵守所有道路规则。
随着车辆系统的改进，其将变得更自动化，目标是完全自动驾驶的车辆。例如，未来车辆将可能采用用于车道变换、超车、驶离交通、进入交通等等的自动系统。随着这些系统在车辆技术中变得更流行，还将有必要确定驾驶员与这些系统结合来控制车辆速度、转向和超驰自动系统方面的职责。
这样的系统的例子包括美国专利申请序列号12/399,317，名称“Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/Changing Control System”，该专利申请受让给了本申请的受让人，并通过引用的方式结合于本文中，其公开了一种为自动或半自动车辆中的车道对中和车道变换目的而提供转向角控制的系统和方法。美国专利申请序列号12/336,819，名称“Detection of Driver Intervention During a Torque Overlay Operation in an Electric Power Steering System”，该专利申请受让给了本申请的受让人，并通过引用的方式结合于本文中，其公开了一种通过检测在转矩重叠操作中的驾驶员介入来控制车辆转向的系统和方法。然而，为适应宽泛的个人驾驶偏好，车道对中系统需要提供可调节的车道对中偏移控制能力。
发明内容
按照本发明的教导，公开了一种用于在自动或半自动车辆驾驶系统中提供自适应车道对中的系统和方法。该系统和方法包括激活车道对中控制系统，检测车道对中控制系统的驾驶员转向超驰，当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移，确定车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，和调节车道对中控制系统中的车道对中偏移以补偿驾驶员偏置。
此外，本发明还涉及以下技术方案。
1. 一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供自适应车道对中的方法，所述方法包括：
激活车道对中控制；
在所述车道对中控制期间检测驾驶员转向超驰；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置。
2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否结束。
3. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内是不变的。
4. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述驾驶员的请求而激活所述车道对中控制。
5. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括如果检测到驾驶员超驰情况，将转向控制让与驾驶员。
6. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括利用驾驶员偏置偏移来进行所述车道对中控制。
7. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括在激活所述车道对中控制之前获取初始车道偏移。
8. 一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供车辆转向控制的系统，所述系统包括非暂时性计算机可读存储介质，所述介质上存储有可执行程序，其中所述程序指令控制器进行以下操作：
激活车道对中控制；
检测所述车道对中控制的驾驶员转向超驰；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置。
9. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否已结束。
10. 据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述驾驶员转向超驰使用转向角传感器和转矩传感器检测。
11. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内是不变的。
12. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，响应于驾驶员的请求而激活所述车道对中控制。
13. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，还包括如果检测到驾驶员超驰情况，将转向控制让与驾驶员。
14. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，利用驾驶员偏置偏移重新激活所述车道对中控制。
15. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，还包括在激活所述车道对中控制之前获取初始车道偏移。
16. 一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供车辆转向控制的系统，所述系统包括：
激活车道对中控制的装置；
检测车道对中控制系统的驾驶员转向超驰的装置；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移的装置；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置的装置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置的装置。
17. 根据技术方案16所述的系统，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否已结束的装置。
18. 根据技术方案16所述的系统，其特征在于，还包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内不变的装置。
本发明的其它特征将从结合附图的以下描述和权利要求变得清楚。
附图说明
图1说明了根据一个实施例的示例性的车辆转向系统；以及
图2说明了根据图1的系统的用于提供自适应车道对中控制的示例性的算法。
具体实施方式
本发明的实施例的以下说明涉及在自动或半自动车辆中提供自适应车道对中控制的系统和方法，其本质上仅仅是示例性的，而决不旨在限制本发明或其应用或用途。
图1说明了示例性车辆转向系统10，其包括用于车辆的负重轮14和16的方向盘12。方向盘12通过转向柱18和轴20以本领域技术人员来说是众所周知的方式联接至轮14和16，使得当驾驶员转动方向盘12时轮14和16相应转动。
转向系统10包括电动转向（EPS）系统24，该电动转向（EPS）系统24具有以本领域众所周知的方式安装到轴20上的响应于车辆驾驶员转动方向盘12而提供电转向辅助的电动马达26。换句话说，当车辆驾驶员转动方向盘12时，EPS系统24按车辆驾驶员指令的量转动轮14和16，使得轮14和16在道路上的转向更容易。车辆系统10还可包括主动前轮转向（AFS）系统28，该主动前轮转向（AFS）系统28包括安装在转向柱18上的电动马达30。AFS系统对本领域的普通技术人员来说是众所周知的，其在与车辆驾驶员转动方向盘12相关的各种类型的车辆稳定性控制系统中提供附加的转向，或修正的转向，其中AFS系统28将方向盘12与轮14和16分离。根据上文所述的实施例的AFS系统的应用仅是示例性的，本领域的普通技术人员可以理解AFS系统不是使用本文公开的自适应车道对中系统所必须的。实际上，本文公开的自适应车道对中系统可适合于使用或未使用AFS的任何车辆系统。
转向系统10包括EPS电子控制单元（ECU）32，在一个实施例中，该电子控制单元（ECU）32配置为提供整体EPS系统控制。在自动或半自动车辆中，ECU 32还包括用于提供自适应车道对中控制的算法100。如本领域的普通技术人员所能理解的，在EPS辅助转向操作期间，EPS系统24通过将可变的马达转矩指令（TM）施加到转向马达26和在需要时施加改变马达转矩指令（TM）的转矩覆盖指令（TOC）来电气辅助驾驶员转向车辆。
安装在转向柱18的转向角传感器34测量方向盘12和转向柱18的旋转并提供指示其旋转的转向角（θs）信号。安装在转向柱18上的转矩传感器36测量转向柱18上的转矩并提供指示其转矩的转矩（Ts）信号。ECU 32与角度传感器34和转矩传感器36电连通，使得转向角信号和转向转矩信号对ECU 32和ECU 32易于访问的算法100是可用的。虽然ECU 32和算法100显示为布置在一起，但算法100还可与ECU 32分开放置。ECU32包括微处理器单元38，该微处理器单元38接收和处理包括转向角（θs）和转向转矩（Ts）的一组车辆性能值，并连续监测车辆参数，例如但不限于车辆的速度。另外，ECU 32可配置为从通常安装在车辆外部的各种车道检测传感器接收数据。在许多系统中，车道检测传感器包括安装在车辆前部的车道检测摄像机，其配置为感应附在道路上的车道标志。车道标志一般指示了限定车道的几何结构的边界，包括车道中心。本领域的普通技术人员可理解除ECU 32之外的处理器和ECU可用于车道控制系统以监测和确定车道的中心。
图2说明了根据图1的系统的用于提供自适应车道对中控制的示例性的算法100。车道对中控制系统起初在步骤102是不工作的。在步骤104，算法确定驾驶员对车道对中的请求是否已经开始。如果没有，车道对中系统保持不工作。如果做出开始请求，算法在步骤106确定车道对中是否是可用的。在某些情况中，由于例如但不限于ECU或通讯故障，与检测传感器和致动器有关的错误，或如果车道检测传感器不能检测道路上的车道标志的情况，车辆的车道对中系统可能是不可用的。如果车道对中系统是可用的，在步骤108从车道检测传感器获取初始车道偏移。
初始车道偏移可设置为零，指示与车道中心没有偏移，或设定为默认值，该默认值可以是系统偏移或基于事先从特定驾驶员获得的信息的偏移。有两种类型的车道偏移：一种是来自驾驶员的车道偏移指令，称为驾驶员车道偏置，另一种是来自车道检测传感器的测量值。当系统不是在驾驶员偏移指令下开始工作时，期望偏移的初始值设置成零。或者，当驾驶员已经指示期望的偏移（例如，驾驶员车道偏置）时，系统将来自车道检测传感器的偏移测量值与驾驶员车道偏置进行比较并控制转向系统以达到或维持驾驶员期望的偏移。一旦该偏移被获取，车道对中系统进入步骤110。
通常，车道对中系统在横向控制车辆以保持车辆在车道中心行驶。基于车道标志和车道检测传感器，系统找到车道中心并形成期望的车辆路线。车道对中系统的控制算法随之发送转向转矩指令到转向致动器以保持车辆在车道中心。以这种方式，驾驶员的手可离开方向盘而车辆可自动驾驶。
在正常路线驾驶过程中，驾驶员可在任何时候临时地或持续地超驰转向控制。在临时性超驰中，例如为避开道路障碍，驾驶员知道他们在转向车辆离开车道的中心并超驰车道对中系统。然而，在一些情况下，驾驶员可能未意识到他们正试图超驰系统。例如，一些驾驶员可能有下意识的倾向向车道的右侧或左侧偏差。此倾向可能需要避开相邻车道中的车辆，或该倾向可能会靠近车道的路肩。在任一情况中，超驰的尝试产生与车道中心的偏移，该偏移是临时避免道路中的某物，或持续的表示习惯性的偏置。
在步骤112，算法确定驾驶员是否正试图超驰车道对中系统。如上文所述，在EPS辅助转向操作（例如车道对中控制）过程中，驾驶员应放松的交出转向控制权给ECU 32，但还应确保在驾驶员的判断之下可快速从ECU 32获得手动控制或超驰。某些车辆参数被持续监测，使得当从仿真或计算的转向模型产生有意义的变化时，如上所述的EPS辅助操作的转矩覆盖操作可自动中断或被超驰。确定驾驶员是否意图超驰车道对中系统的过程的一个例子可在美国专利申请序列号12/336,819，名称“Detection of Driver Intervention During a Torque Overlay Operation in an Electric Power Steering System”中找到，该专利申请受让给了本申请的受让人，并通过引用的方式结合于本文中。
因此，如果在步骤112，算法确定驾驶员没有意图超驰转向，算法返回步骤110，在该步骤110中保持进行车道对中。如果检测到超驰车道对中系统的意图，则在步骤114将转向控制让与驾驶员。
在步骤116，算法100检测与车道中心的驾驶员车辆横向偏移的量。在一个实施例中，这是可使用现有的车道检测传感器测量的测量值，现有的车道检测传感器是例如用于控制车辆的车道对中功能的前部车道标志检测传感器。这样的车道控制系统的例子可在美国专利申请序列号12/399,317，名称“Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/Changing Control System”中找到，该专利申请受让给了本申请的受让人，并通过引用的方式结合于本文中。
在系统持续监测车道中心偏移时，算法在步骤118确定在步骤112检测到的车道对中系统的驾驶员超驰是否结束。为检测转向超驰的结束，算法在一段时间内监测转向角和车道偏移测量值的一致性。如果在转向角和车道偏移测量值之间的偏差大于预先确定的阈值，算法确定系统仍在驾驶员超驰之下。如果在一段时间内偏差小于预先确定的阈值，算法确定超驰情况已经结束。
因此，如果算法确定超驰未结束，算法返回至步骤114并且系统继续将转向控制让与驾驶员。然而，如果算法确定超驰情况已经结束，算法移动至步骤120并确定车道偏移是否充分稳定以建立新的车道偏移。更具体地，算法确定车道偏移是否稳定，使得达到时间和/或距离阈值以表示车道偏移不是代表驾驶员避免道路障碍的临时性操作，而是驾驶偏置。因此，如果在步骤120算法确定车道偏移不是稳定的偏移，算法返回至步骤110并继续车道对中操作而不改变车道偏置。如果算法确定车道偏移在特定的一段时间是不变的和/或达到预先确定的阈值，则算法确定偏移是习惯性的而不是临时操作并在车道对中控制系统中设置新的车道偏移以适应驾驶员偏置。算法然后返回步骤110并用新的车道偏移进行车道对中控制系统。
可在一个或多个适合的计算装置上实施本文描述的系统，计算装置通常包括可为软件应用程序的应用程序，软件应用程序可被有形地实施为在计算装置中的计算机可读介质上的一组计算机可执行指令。计算装置可以是多种计算装置中的任一种，例如，个人计算机、处理器、手持计算装置等。
计算装置通常各包括能由上述一个或多个装置执行的指令。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术生成的计算机程序编译或解释，各种编程语言和/或技术包括但不限于（单独或以组合的形式）Java, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl等。通常，处理器（例如，微处理器）例如从存储器、计算机可读介质等接收指令并执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本文所述的过程中的一个或多个。可利用多种公知的计算机可读介质存储和传输这些指令和其它数据。
计算机可读介质包括参与提供数据（例如，指令）的任何介质，这些介质可由诸如计算机的计算装置读取。非易失性介质包括例如光盘或磁盘以及其它的永久存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器（DRAM），其通常构成主存储器。计算机可读介质的普遍形式包括计算机可从其读取的任何介质。
应当理解的是，上面的描述旨在是示例性的而非限制性的。本领域的技术人员在阅读上面的描述之后很容易预见到除所给实例以外的许多可替换的方法或应用。本发明的范围不应由上面的描述限定，而应该由所附权利要求以及与这些权利要求等同物的所有的范围限定。应该预见和预计到，本文所述的技术领域中产生的进一步发展以及所披露的系统和方法将被并入到这些进一步的实例中。总之，应当理解的是，本发明能够进行修改和变化并且仅受所附权利要求的限制。
具体给出了本发明实施例的展示和描述，但仅作为最佳模式的示例。本领域的技术人员应该理解的是，可在不偏离本发明的原理和范围的情况下利用本文描述的实施例的各种替换物实现权利要求，这些权利要求和它们的等效物范围内的方法和系统由此被覆盖。这种描述应理解为包括本文描述的要素的所有的新式结合和非显著结合，并且可在该描述或下面的描述中权利要求这些要素的任何新式结合和非显而易见的组合。而且，前面的实施例是示例性的，单个特征或要素对于可能在该描述或下面的描述中权利要求的所有可能的结合不是必须的。
权利要求中使用的所有的术语旨在给出它们最宽泛的合理的解释以及本领域的技术人员所理解的它们的普遍含义，除非另外指出并非如此。具体地，诸如“一个”、“该”等的单数名词应该解释为列举一个或多个所述要素，除非权利要求相反地引用了明确的限制。

Claims (18)

1.一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供自适应车道对中的方法，所述方法包括：
激活车道对中控制；
在所述车道对中控制期间检测驾驶员转向超驰；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否结束。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内是不变的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述驾驶员的请求而激活所述车道对中控制。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如果检测到驾驶员超驰情况，将转向控制让与驾驶员。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用驾驶员偏置偏移来进行所述车道对中控制。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在激活所述车道对中控制之前获取初始车道偏移。
8.一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供车辆转向控制的系统，所述系统包括非暂时性计算机可读存储介质，所述介质上存储有可执行程序，其中所述程序指令控制器进行以下操作：
激活车道对中控制；
检测所述车道对中控制的驾驶员转向超驰；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否已结束。
10.据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述驾驶员转向超驰使用转向角传感器和转矩传感器检测。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置，包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内是不变的。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，响应于驾驶员的请求而激活所述车道对中控制。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括如果检测到驾驶员超驰情况，将转向控制让与驾驶员。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，利用驾驶员偏置偏移重新激活所述车道对中控制。
15.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括在激活所述车道对中控制之前获取初始车道偏移。
16.一种在自动或半自动车辆驾驶系统中提供车辆转向控制的系统，所述系统包括：
激活车道对中控制的装置；
检测车道对中控制系统的驾驶员转向超驰的装置；
当检测到驾驶员超驰情况时监测车道对中偏移的装置；
确定所述车道对中偏移是否代表驾驶员偏置的装置；和
调节所述车道对中偏移以补偿所述驾驶员偏置的装置。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括在确定所述偏移是否是驾驶员偏置之前确定所述驾驶员超驰情况是否已结束的装置。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括确定所述车道对中偏移是否在预先确定的时间段内不变的装置。
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