CN104108391B - 控制具有车辙补偿的车辆的驾驶动力学的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制车辆（2）的驾驶动力学的方法被公开，其中使用摄像仪（3）记录在车辆（2）前方的公路（1）表面的至少一个区域的三维结构，车辆（2）前方的公路（1）表面的三维结构被数字化为三维矩阵，根据预先确定的车辙的几何参考模型来搜索数字化的三维结构以寻找车辙结构，确定至少一个所定位的车辙相对于公路标线（8,9）的位置和定向，确定车辆（2）的位置和定向与车辙的位置和定向之间的相对几何相关性，根据预先确定的相对几何相关性补偿每个车辙对车辆（2）的动力学的影响。

Description

控制具有车辙补偿的车辆的驾驶动力学的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制车辆的驾驶动力学的方法和装置，其中，车辙的影响被补偿。本发明还涉及配备了这种装置的车辆。
背景技术
在车辙上驾驶四轮车辆可能引起在方向盘上的显著地破坏性的或不想要的力和力矩。这可能不仅是在直线路段的情况下，也可能在加速或制动的过程中也是如此。
一种补偿车辙的影响的方式，例如在JP 3800901 B9号专利文献中予以说明。一种用于农机车辆自动转向的系统，其特别用于在轨迹中精确地驾驶，在WO 2009/100463 A1号专利文献中予以说明。
其他用于控制和调节驾驶动力学的现有技术，例如在US 2010/0017128 A1号、US2012/0062747 A1号和DE 102 51 949 A1号专利文献中予以说明。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制车辆的驾驶动力学的方法和装置，其能够补偿不想要的车辙的影响。
该目的通过根据本发明的方法、装置和车辆实现。
在根据本发明的用于控制车辆的驾驶动力学的方法的范围内，使用摄像仪记录在车辆前方的公路表面的至少一个区域的三维结构。然后，车辆前方的公路表面的三维结构被数字化为三维矩阵，例如以像素矩阵的形式。
根据预先确定的用于车辙的几何参考模型，搜索或扫描数字化的三维矩阵以寻找车辙结构。预先确定的几何参考模型可以是，例如以数字形式存储。确定——例如计算——在三维矩阵中所发现或检测到的至少一个车辙相对于公路标线的位置和定向或方向。然后，确定——例如计算——在车辆的位置和定向或方向与车辙的位置和定向或方向之间的相对几何相关性。根据预先确定的车辆的位置和定向与车辙或至少一个车辙的位置和定向之间的相对几何相关性来补偿每个车辙在车辆的动力学上的影响。
所使用的车辆优选机动车辆。所使用的摄像仪优选数字摄像仪。根据本发明的方法具有的优点在于例如车辙对转向性能的不想要的影响或出现在方向盘上的不想要的力可被单独补偿。在行驶中，即，尤其是以恒定的速度行驶中，当加速或制动时，其可直接进行。总的来说，对于车辙的影响，以这种方式改善了车辆的驾驶动力学、驾乘舒适度和驾驶性能。
在根据本发明的方法的范围内，表征每个车辙的几何参数可有利地关于对应车辙距公路的中心线的距离和/或关于车辆行驶的距离进行确定。例如，车辙的中心线和/或车辙的宽度和/或车辙的深度和/或车辙边缘的倾斜度和陡度可被用作表征对应车辙的几何参数。对于每一个单独的车辙，所述几何参数优选被分别确定和跟踪。关于对应车辙距公路的中心线的距离和/或关于车辆行驶的距离的对应参数相对于已确定的参数——即至车辙的相关区域的距离——之间的相关性可被绘制和/或跟踪和/或确定为函数。有利地，每个车辙距公路的中心线的距离为至公路的中心线的垂直距离。
进一步地，车辆的几何中心点相对于公路标线——例如相对于右侧公路标线或左侧公路标线——的横向或侧面位置被确定，尤其是被计算。此外，在车辆纵轴方向中的车辆的中心线与公路的中心线的角度被确定，尤其是被计算。因此车辆的中心线平行于车辆的纵轴方向延伸。相对于对应公路标线的车辆的几何中心点的横向或侧面位置在此被理解为车辆的几何中心点距垂直于公路的中心线的对应公路标线的距离。在使用数字化的三维矩阵的过程中，在车辆纵轴方向中的车辆的中心线与公路的中心线的角度特别可被确定，尤其是被计算。
原则上，在本方法的范围内，数字化的三维矩阵与预先确定的——例如数字存储的——车辙的几何参考模型进行比较。二维参考模型——例如在y-z平面内的部分——可优选用于此处作为车辙的几何参考模型。y-轴表征横向方向或垂直于公路中心线的方向，z轴表征高度，即垂直于公路的中心线并垂直于y轴延伸的轴。有利地，车辙的几何参考模型可以是数字存储的，并且尤其整合在电子控制设备内。
进一步地，车辆的位置和定向或方向与车辙的位置和定向或方向之间的相对几何相关性可使用附加的CAN(控制器局域网)信号或数据确定或计算。在这种情况下，附加的信号或数据例如为方向盘的方向盘角度或位置和/或偏航率和/或侧向加速度或横向加速度。
由车辙或每个检测到的车辙引起的车辆的方向盘上的力矩可使用用于提升转向力的系统——例如用于电子提升转向力的系统——来补偿。如果已经确定车辆行驶经过具有右侧和/或左侧轨迹的车辙，尤其可由合适的转向力的提升或减少转向力的提升来进行对应补偿。
进一步地，车辆可包括用于控制制动力和/或调节制动力的系统。在这种情况下，如果车辆被加速或制动并行驶经过车辙，可使用用于控制制动力和/或调节制动力的系统补偿车辙对制动力的影响。这尤其可以在已经预先确定车辆行驶经过带有右侧和/或左侧轨迹的车辙时进行。
总体而言，使用本发明的方法，通过提升转向力和/或提升制动力或控制制动力的方式，可实现补偿车辙对车辆的驾驶动力学的不想要的影响。这同时增加驾乘舒适度和车辆安全性。
根据本发明的装置适合用于执行前述方法。其包括用于捕捉或记录车辆前方的公路表面的三维结构的摄像仪，以及用于数字化车辆前方的公路表面的三维结构为三维矩阵的装置。此外，根据本发明的装置包括用于根据预先确定的——例如数字存储的——车辙的几何参考模型，来搜索或扫描数字化三维矩阵以寻找车辙结构的装置。进一步地，根据本发明的装置包括用于确定至少一个所定位或所检测到的车辙相对于公路标线的位置和定向或方向，并用于确定车辆的位置和定向或方向与至少一个车辙的位置和定向或方向之间的相对几何相关性的装置。另外，根据本发明的装置包括用于根据预先确定的数据补偿每个车辙对车辆的动力学的影响的装置。
用于执行根据本发明的方法的根据本发明的装置具有基本上与之前描述的根据本发明的方法相同的特征和优点。
根据本发明的车辆包括前述根据本发明的装置。车辆可以例如是机动车辆。根据本发明的车辆具有与前述根据本发明的装置和前述根据本发明的方法相同的特征和优点。
根据本发明的车辆可包括带有相对于车辆的外部表面和相对于车辆的内部表面的挡风玻璃。在这种情况下，摄像仪可有利地被设置在挡风玻璃的内部表面上。优选地，摄像仪被设置在距内部表面小于20cm的距离，有利地，小于10cm。优选地，摄像仪设置在车辆内。摄像仪可因此被直接放置在挡风玻璃后面。
原则上，车辆可包括后视镜。在这种情况下，摄像仪可有利地设置在距后视镜小于20cm的距离，优选小于10cm。例如，摄像仪可被设置在后视镜正后面，也就是，例如在后视镜和挡风玻璃之间。
参照附图，本发明的其他特征、特性和优点用下述示例性实施例详细说明。上述和下述所有特征无论单独还是任意彼此结合都是有利的。下述示例性实施例仅代表示例，但并不限制本发明的目的。
附图说明
图1示意性示出根据本发明的车辆；
图2示意性示出具有车辙的公路；
图3示意性示出车辙的参考结构；
图4示意性示出用于公路表面的三维结构的视觉检测的方法。
具体实施方式
在本发明的范围内，使用能补偿车辙的算法控制驾驶动力学的方法被说明。根据本发明的装置和根据本发明的车辆示意性示出在图1中。为了记录或检测车辆2前方的公路1表面的三维结构或轮廓，车辆2配备有数字摄像仪3。优选地，摄像仪3就安装在挡风玻璃4的紧后方，例如在后视镜附近。将摄像仪定位在后视镜附近，能够方便地由摄像仪3记录位于车辆前方的公路1的表面。在这种情况下，特别是车辆2的引擎盖15不妨碍位于车辆2前方的公路表面的视野。
此外，车辆2包括方向盘24和用于提升转向力的系统14，例如，动力转向系统。此外，车辆2可包括用于提升制动力的系统，其未明示在图1中。
图2示意性示出具有车辙的公路1。公路1包括在路侧上的公路标线9以及中心线8。公路的每个行车道的中心线由附图标记10表示。单独的车辙包括中心线11和宽度12。
用于公路1表面的三维结构的视觉检测的方法示意性示出在图4中。图4示意性示出在根据本发明的、用于控制驾驶动力学的方法范围内所使用的算法。在第一步41中，车辆2前方的公路轮廓以三维矩阵的形式数字化。然后，搜索因此生成的公路的数字化结构，以寻找车辙结构。这根据预先存储在数字存储装置6中的车辙的几何参考结构进行。存储装置6可优选被整合在电子控制设备5中。
图3示意性示出在横断面上的可能的车辙的若干参考结构。不同的参考结构由A、B、C、D、E、F表示。所示出的示例性参考结构为公路的三维轮廓的二维横断面。公路轮廓的横断面7的横向延伸因此从公路的中心线8延伸至右侧公路标线9。每个车辙的深度用附图标记13表示。
在图4所示算法的第二步42中，使用预先存储的车辙的二维参考结构搜索三维数字化矩阵以寻找车辙，或通过比较三维矩阵和二维参考结构检测车辙。然后，在第三步43中，一个或多个车辙结构的相对于公路标线8、9的位置和方向被确定，尤其被计算。
在下一步44中，相对于公路的中心线8的不同的几何参数，以及公路的相应区域距车辆的距离被记录。车辙的中心线11，车辙的宽度12，车辙的深度13，以及车辙边缘的倾斜度或陡度可被用于例如作为不同的参数，以说明每个车辙或公路表面上已确定的位置。对于每个车辙，所述参数可根据公路的中心线及相对于其距车辆的距离分别地记录并跟踪。
在第五步45中，车辆的几何中心点相对于公路的中心线8和/或距左侧和/或距右侧公路标线9的横向位置被确定，尤其是被计算。此外，沿车辆纵轴的车辆中心线与行车道的中心线10之间的角度被确定，尤其是被计算。在这种情况下，横向位置的计算和角度的计算根据三维矩阵进行。
在下一步46中，一方面的车辆2的位置和方向与另一方面的对应车辙的位置和方向之间的相对几何关系或相对几何相关性被确定，尤其是被计算。在这种计算的范围内，使用从控制器局域网(CAN)的附加信号。所述信号可以是，例如方向盘角度，即方向盘的当前位置、偏航率及横向加速度。
假设，例如使用联系图4所说明的检测算法，确定了车辆行驶在具有例如左侧和/或右侧轨迹的车辙上，然后使用根据本发明的方法和根据本发明的装置，对于车辙的不想要的影响，通过使用用于提升转向力的电子系统14，可因此偏置或补偿车辙对施加在方向盘上的力矩的不利影响。在这种情况下，不想要的影响涉及对应车辙的几何形状。
在车辆在车辙——例如具有车辆的左侧和/或右侧轨迹——上的车辆加速或制动的情况下，为了以这种方式改善驾驶动力学和驾乘舒适度，前述算法或根据本发明的方法，以及根据本发明的装置可被整合在车辆的制动控制系统中。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆(2)的驾驶动力学的方法，其特征在于，
——使用摄像仪(3)记录车辆(2)前方的公路(1)表面的至少一个区域的三维结构；
——车辆(2)前方的公路(1)表面的三维结构被数字化为三维矩阵；
——根据预先确定的车辙的几何参考模型，搜索数字化的三维矩阵以寻找车辙结构；
——相对于公路标线(8，9)确定至少一个所定位的车辙的位置和定向；
——确定在车辆(2)的位置和定向与车辙的位置和定向之间的相对几何相关性，以及
——根据预先确定的相对几何相关性补偿每个车辙对车辆(2)的动力学上的影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
相对于对应车辙距公路的中心线(8)的距离和/或相对于车辆(2)行驶的距离来确定表征每个车辙的几何参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
车辙的中心线(11)和/或车辙的宽度(12)和/或车辙的深度(13)和/或车辙边缘的倾斜度被用作表征每个车辙的几何参数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，
其特征在于，车辆(2)的几何中心点距公路标线的横向位置以及在车辆的纵轴方向中的车辆(2)的中心线与公路的中心线(8)的角度被确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
使用数字化的三维矩阵确定在车辆的纵轴方向中的车辆(2)的中心线与公路的中心线的角度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
数字化的三维矩阵与预先确定的车辙的几何参考模型进行比较。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
使用二维参考模型作为车辙的几何参考模型。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
使用附加的CAN(控制器局域网)信号或数据确定在车辆(2)的位置和定向与车辙的位置和定向之间的相对几何相关性。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
使用方向盘角度和/或偏航率和/或横向加速度确定在车辆(2)的位置和定向与车辙的位置和定向之间的相对几何相关性。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
使用用于提升转向力的系统(14)补偿由车辙引起的在车辆(2)的方向盘(24)上的力矩。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
车辆(2)包括用于控制制动力和/或调节制动力的系统，并且，当行驶在车辙上时，如果车辆被加速或制动，使用用于控制制动力和/或调节制动力的系统补偿车辙对制动力的影响。
12.一种用于执行权利要求1-11中任一项所述方法的装置，其特征在于，
——装置包括用于记录车辆(2)前方的公路(1)表面的三维结构的摄像仪(3)，以及用于数字化车辆(2)前方的公路(1)表面的三维结构为三维矩阵的装置；
——装置包括用于根据预先确定的车辙的几何参考模型来搜索数字化的三维矩阵以寻找车辙结构的工具；
——装置包括用于确定至少一个所定位的车辙相对于公路标线(8，9)的位置和定向、并用于确定车辆(2)的位置和定向与车辙的位置和定向之间的相对几何相关性的工具，以及
——装置包括用于根据预先确定的数据补偿每个车辙对车辆的动力学的影响的工具。
13.一种车辆(2)，其特征在于，包括根据权利要求12所述的装置。
14.根据权利要求13所述的车辆(2)，其特征在于，
车辆(2)包括具有相对于车辆(2)的外表面和相对于车辆(2)的内表面的挡风玻璃，以及，摄像仪(3)设置在挡风玻璃的内表面上或设置在距内表面小于20cm的距离处。
15.根据权利要求13或14所述的车辆，其特征在于，
车辆(2)包括后视镜，摄像仪(3)设置在距后视镜小于20cm的距离处。
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