CN103832435B - 车道保持控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车道保持控制装置，作为从车辆的行驶方向上形成横向倾斜的道路即倾斜道路行驶的车辆的车道保持控制装置，包括：车道信息获得部，检测所述车辆的行驶方向上的车道，获得车道信息；控制介入时刻设定部，基于所述车道信息判断控制介入时刻；目标偏航速率计算部，基于所述车道信息算出目标偏航速率值；转向角补偿部，计算转向角补偿值；目标转向角计算部，基于所述目标偏航速率值计算目标转向角，将所述目标转向角用从所述转向角补偿部算出的所述转向角补偿值补偿算出最终转向角目标值；转向角控制部，基于所述最终转向角目标值控制所述车辆。随之显著提升对倾斜道路上行驶的车辆的车道保持控制性能。
Description
技术领域
本发明涉及车辆车道保持控制装置，具体是在从车辆的前面方向向横向形成倾斜的道路即倾斜道路（bank road）上，补偿倾斜道路的横向倾斜角即倾斜角，控制车辆转向角以提升车辆车道保持控制性能的车道保持控制装置。
背景技术
从智能型车辆控制系统上，车道保持控制系统（Lane Keeping Assist System,以下简称（LKAS）是维护驾驶员安全所需系统。该系统一般检测车道，检测车辆的行驶状态，为避免车辆脱离检测的车道，实施车道保持控制或者车道脱离告警。
车道是利用挡风玻璃和室内镜之间装配的摄像头传感器获得前方的道路图像，在LKAS摄像头系统处理获得的道路图像而被检测。车辆的行驶状态可以从车辆上装配的各种传感器和ECU（Electronic Control Unit）获取的信息检测。并且为了控制车辆的车道保持控制，可以应用对检测的车道的车辆的横向偏位（lateral offset）、道路曲率（curvature）、检测的车道与车辆中心线形成角（heading angle）等信息。
车辆欲脱离行车道时，LKAS会通过车辆的转向致动器MDPS(Motor Driven PowerSystem)控制转向，控制该车辆在行车道上保持行驶状态。
传统的韩国公开专利公报第10-2009-0062491号“考虑轮胎气压的车道保持辅助系统”是利用在轮胎气压测定系统中测定的轮胎气压变化值，计算转向刚性值，在此基础上实施车辆行驶的行车道保持控制。就是说，行驶中考虑车辆的轮胎特性实施行车道保持。
图1中所述车道保持辅助系统包括控制部10、传感器部20和轮胎传感器部30以及驱动部40。
控制部10是接收传感器部20和轮胎传感器部30测定的车辆的动力学变量值，计算旨在车道保持的车辆所需前方角（Desired Front Angle），在此基础上生成驱动部40的动作信号，传感器部20可以测定车辆的侧滑角、测定偏航速率、车辆的脱离角、车辆脱离距离、车道曲率、车速等。另外，轮胎传感器部30测定轮胎的气压，将其信息传递给控制部10，驱动部按照控制部10传递的动作信号，改变车辆的方向盘或车辆行驶方向。
传统的韩国公开专利公报第10-2009-0063110号“考虑方向盘偏斜角的车道保持系统”考虑驾驶杆被扭而发生的方向盘偏斜角，估算车辆的路径。
图2中，所述车道保持系统其特征包括：生成车辆的动态特性变量值和横向运动信息等输入信息的输入信息生成部50；利用输入信息生成部50传递的输入信息计算方向盘偏斜角的方向盘偏斜角计算部70以及利用输入信息生成部50传递的输入信息计算方向盘指令角，计算所述方向盘指令角和方向盘偏斜角计算部70传递的方向盘偏斜角之和即方向盘修正指令角的控制部60。
但是，所述技术是对于轮胎的气压或者驾驶杆被扭转，考虑补偿转向角，没有考虑到向车辆行进方向的横向形成倾斜的道路即倾斜道路对车辆的影响。
尤其，如图3所示，车辆行驶在倾斜道路（back road）时会影响LKAS控制性能。也就是说，车辆若想沿着车道行驶，则必须补偿倾斜道路（bank road）的横向倾斜角即与倾斜角相应的转向角，否则车道保持控制装置的性能下降，根据倾斜角的倾斜角度和方向，会出现不同程度的性能下降现象，因此车辆在倾斜道路上行驶时需适当采取相应措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种判断车辆行驶倾斜道路（bank road）时，对倾斜道路（bank road）的横向倾斜角即倾斜角的转向角补偿值实施补偿而求出最终转向角目标值，基于最终转向角目标值控制车辆防止脱离车道的车道保持控制装置，以解决现有传统技术上存在的问题。
为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种车道保持控制装置，作为从车辆的行驶方向上形成横向倾斜的道路即倾斜道路（bank road）行驶的车辆的车道保持控制装置，包括：车道信息获得部，检测所述车辆的行驶方向上的车道，获得车道信息；控制介入时刻设定部，基于所述车道信息判断控制介入时刻；目标偏航速率计算部，基于所述车道信息算出目标偏航速率（YawLate）值；转向角补偿部，计算转向角补偿值；目标转向角计算部，基于所述目标偏航速率值计算目标转向角，将所述目标转向角用从所述转向角补偿部算出的所述转向角补偿值补偿算出最终转向角目标值；转向角控制部，基于所述最终转向角目标值控制所述车辆。
所述转向角补偿部包括：传感器部，测定所述车辆的横向加速度；倾斜角度估算部，利用从所述传感器部获得的横向加速度计算所述倾斜角度（bank road）横向倾斜角即倾斜角；转向角补偿值计算部，根据所述倾斜角计算所述转向角补偿值。
所述转向角补偿值的计算步骤包括：从所述传感器部获得的所述横向加速度估算所述倾斜角；算出的所述倾斜角在已设定的时间内一直大于临界值（Threshold）时判断所述车辆在所述倾斜道路上行驶；根据所述倾斜角度算出转向角补偿值。
在所述倾斜角度估算部算出的所述倾斜角是通过侧倾角算出，所述侧倾角根据以下数式算出。
φ=-(Mshroll/kroll)ay
其中，kroll是车辆的侧倾弹性系数，Ms是车辆的重量，ay是横向加速度，hroll是车辆重心高度。
所述转向角补偿部根据以下数式计算转向角补偿值。
其中，δB是转向角补偿值，ΦMax是最大倾斜角，Φ是侧倾角度，δMax是最大倾斜角的最大转向角补偿值。
所述车道信息获得部获得的所述车道信息是，通过图像装置获得所述行驶方向的道路图像，对于获得的所述道路图像实施处理而检测出所述车道。
所述控制介入时刻设定部是基于所述车道信息基于所述车辆靠近所述车道既定距离判断控制介入时刻。
所述目标偏航速率计算部是，从所述车道信息、所述车辆的位置、所述车辆和所述车道的位置差异和所述车辆的速度中至少基于其中一个计算所述目标偏航速率值。
本发明具有的优点在于：
具有所述结构的本发明的车道保持控制装置是对于在倾斜道路上行驶的车辆考虑到倾斜道路的横向倾向角即倾斜角而算出的转向角补偿值实施补偿而显著提升车道保持控制性能。
附图说明
图1是韩国公开专利公报第10-2009-0063110号即“考虑轮胎气压的车道保持辅助系统”示意图；
图2是韩国公开专利公报第10-2009-0063110号即“考虑转向偏斜角的车道保持系统”示意图；
图3是本发明的车道保持控制装置的倾斜道路上的车辆示意图；
图4是本发明的车道保持控制装置对转向角实施控制的过程示意图；
图5是本发明的车道保持控制装置的侧倾运动模型（Roll Motion model）示意图；
图6是本发明的车道保持控制装置中计算转向角补偿值的过程示意图。
图中：
1:本发明的车道保持控制装置; 2:车辆;
3:倾斜道路(Bank Road); 4:车道;
100:车道信息获得部; 200:控制介入时刻设定部;
300:目标偏航速率计算部; 400:转向角补偿部;
500:目标转向角计算部; 600:转向角控制部;
θ:倾斜角。
具体实施方式
下面将结合本发明优选实施例中的附图，对本发明技术问题的技术方案进行清楚、完整地描述。说明本发明时，若对有关的公知技术的说明反而使本发明宗旨变得模糊则省略该说明，且下述用语是根据本发明中的功能进行定义，与使用者、运用者的意图或使用惯例有些差异，因此须以本说明书的整体内容为基础对这些用语进行定义。说明书中附图中的同一个（参照编号）表示同一个因素。
下面对本发明的车道保持控制装置1进行说明。
图3中，为了车辆2在道路本身具有用于道路排水的横向倾斜的倾斜道路（bankroad）3上沿着车道4行驶，本发明的车道保持控制装置1对转向角补偿值实施与倾斜道路（bank road）3的横向倾斜角即倾斜角θ相应的补偿。
图4中，本发明的车道保持控制装置1包括车道信息获得部100、控制介入时刻设定部200、目标偏航速率计算部300、转向角补偿部400、目标转向角计算部500以及转向角控制部600。
车道信息获得部100检测车道4。就是说，车道信息获得部100利用车辆2的挡风玻璃和室内镜之间装配的摄像头传感器等图像装置获得前方的道路图像，在LKAS摄像头系统等对获得的道路图像实施处理并检测出车道4而获得车道4信息。
控制介入时刻设定部200基于从车道信息获得部100获得的车道4信息，车辆向车道2靠近既定距离时判断本发明的车道保持控制装置1的控制介入时刻。
目标偏航斜率计算部300考虑从车道信息获得部100获得的车道4信息、车辆2的位置、车辆2和车道4的位置差异以及车速等，计算出旨在保持车辆2的车道4保持的目标偏航速率（Yaw Late）值。所述目标偏航速率可以利用车速、卡尔曼估值器传递的横向运动信息、已设定的车辆重心至车辆上设置的GPS的距离等信息计算。
转向角补偿部400为防止在倾斜道路上行驶的车辆2的车道保持性能下降，计算转向角补偿值传递给目标转向角计算部500。
转向角补偿部400包括传感器部410、倾斜角度估算部420以及转向角补偿值计算部430。
传感器部410为估算倾斜道路检测和测定车辆2的横向加速度ay。传感器部410是可以利用陀螺仪传感器（Gyro sensor）或者用于检测和测量横向加速度ay的其它种类的传感器（sensor）。传感器部410除了横向加速度ay之外，还可以根据需求设置各种传感器检测和测定转向盘角、偏航速率、车辆位置等信息。
倾斜角度估算部420是利用从传感器部410获得的横向加速度ay计算倾斜道路（bank road）的横向倾斜角即倾斜角θ。
下面根据图5至图6，进一步详述倾斜角度估算部420计算的倾斜角度θ。
图5是本发明的车道保持控制装置1的侧倾运动模型（Roll motion model），图6是本发明的车道保持控制装置1对转向角补偿值的计算过程示意图。在这里将倾斜道路上的倾斜角θ和车辆2的行进方向的轴旋转角即侧倾角（Roll angle）Φ视为相同，忽略因车辆2的悬架发生的侧倾角（Roll angle）。
下面说明根据从传感器部410获取的横向加速度ay估算倾斜角θ的步骤S10。
如图5所示，发生侧倾角（Roll angle)Φ的车辆2的侧倾角（Roll Motion）是通过横向加速度ay惯性力发生。其数式表达见数学式1。
【数学式1】
其中,Ixx是纵向转动惯量，Φ是侧倾角度，Croll是车辆的回转阻尼系数，kroll是车辆的侧倾弹性系数，Ms是车辆的重量，ay是横向加速度，hroll是车辆重心的高度。
假设数学式1中车辆2向纵/横向等加速运动，则微分项因其影响微小而可忽略。因此侧倾角度Φ是如下数学式2整理，侧倾角度Φ是可以视为与倾斜角θ一致。
【数学式2】
φ=-(Mshroll/kroll)ay
如上所述，利用车辆2横向加速度ay估算倾斜角θ的方法是在倾斜角度估算部420估算倾斜角θ的一例，此外，倾斜角θ是基于陀螺仪传感器（Gyro Sensor）的侧倾速率（RollRate）或者车辆2上安装的其它传感器的测定值，利用卡尔曼滤波器（Kalman filter）等方法估算。
下面叙述判断车辆在倾斜道路上行驶的步骤S20。判断车辆在倾斜道路行驶的（步骤S20）包括：判断通过所述数学式算出的倾斜角θ是否大于临界值（Threshold）的（步骤S21）和在已设定的时间内判断是否保持比临界值（Threshold）大的倾斜角θ的（步骤S22）。
在判断车辆在倾斜道路上行驶的步骤S20是通过所述数学式算出的倾斜角θ在已设定的时间内一直大于临界值（Threshold）时判断车辆在倾斜道路3状态下行驶。
也就是说，从传感器部410获得的横向加速度ay估算倾斜角θ的步步骤S10算出倾斜角θ，并判断算出的倾斜角θ是否具有大于临界值（Threshold）的值（步骤S21）。临界值可以输入既定的基准值或者根据试验值决定。
如果倾斜角θ大于临界值（Threshold）则判断已设定的时间内是否保持比临界值（Threshold）大的倾斜角θ（步骤S22）。比临界值（Threshold）大的倾斜角θ保持的保持时间如图6所示可以设定为一秒以上，所述保持时间是可以根据可信赖车辆2在倾斜道路3上行驶的试验值决定。
下面叙述根据倾斜角θ计算转向角补偿值的转向角补偿值计算（步骤S30）。
在判断车辆在倾斜道路上行驶的步骤S20上，如果判断车辆2在倾斜道路3上行驶，则转向角补偿值δB如以下数学式3所示，可以根据倾斜角θ决定。
【数学式3】
其中侧倾角度Φ被视为与倾斜角θ相同，ΦMax是最大倾斜角，δMax是根据最大倾斜角的最大转向角补偿值。在这里，根据最大倾斜角和最大倾斜角的最大转向角补偿值可以输入已设定的基准值或者根据试验值决定。
目标转向角计算部500补偿从转向角补偿部400算出的转向角补偿值δB，算出防止车辆2脱离车道3的最终转向角目标值。也就是说，从转向角补偿部400输出的转向角补偿值δB是与本发明的车道保持控制装置1中基于所述目标偏航速率算出的目标转向角加在一起作为最终转向角目标值被输入转向角控制部600。
转向角控制部600基于所述最终转向角目标值控制车辆2不会脱离车道4。
以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。
Claims (8)
1.一种车道保持控制装置，作为从车辆的行驶方向上形成横向倾斜的道路即倾斜道路行驶的车辆的车道保持控制装置，其特征在于，包括：
车道信息获得部，检测所述车辆的行驶方向上的车道，获得车道信息；
控制介入时刻设定部，基于所述车道信息判断控制介入时刻；
目标偏航速率计算部，基于所述车道信息算出目标偏航速率值；
转向角补偿部，计算转向角补偿值；
目标转向角计算部，基于所述目标偏航速率值计算目标转向角，将所述目标转向角用从所述转向角补偿部算出的所述转向角补偿值补偿算出最终转向角目标值；
转向角控制部，基于所述最终转向角目标值控制所述车辆。
2.根据权利要求1所述的车道保持控制装置，其特征在于，所述转向角补偿部包括：
传感器部，测定所述车辆的横向加速度；
倾斜角度估算部，利用从所述传感器部获得的横向加速度计算倾斜角；
转向角补偿部，包括根据所述倾斜角计算所述转向角补偿值的转向角补偿值计算部。
3.根据权利要求2所述的车道保持控制装置，其特征在于，所述转向角补偿值的计算步骤包括：
从所述传感器部获得的所述横向加速度估算所述倾斜角；
算出的所述倾斜角在已设定的时间内一直大于临界值时判断所述车辆在所述倾斜道路上行驶；
根据所述倾斜角度算出转向角补偿值。
4.根据权利要求2或3所述的车道保持控制装置，其特征在于，
在所述倾斜角度估算部算出的所述倾斜角是通过侧倾角算出，所述侧倾角根据以下数式算出：
φ=-(Mshroll/kroll)ay
其中，kroll是车辆的侧倾弹性系数，Ms是车辆的重量，ay是横向加速度，hroll是车辆重心高度。
5.根据权利要求4所述的车道保持控制装置，其特征在于，
所述转向角补偿部根据以下数式计算转向角补偿值：
其中，δB是转向角补偿值，ΦMax是最大倾斜角，Φ是侧倾角度，δ Max是最大倾斜角的最大转向角补偿值。
6.根据权利要求1所述的车道保持控制装置，其特征在于，
所述车道信息获得部获得的所述车道信息是，通过图像装置获得所述行驶方向的道路图像，对于获得的所述道路图像实施处理而检测出所述车道。
7.根据权利要求1所述的车道保持控制装置，其特征在于，
所述控制介入时刻设定部是基于所述车道信息基于所述车辆靠近所述车道既定距离判断控制介入时刻。
8.根据权利要求1所述的车道保持控制装置，其特征在于，
所述目标偏航速率计算部是，
从所述车道信息、所述车辆的位置、所述车辆和所述车道的位置差异和所述车辆的速度中至少基于其中一个计算所述目标偏航速率值。
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