CN104245463A - 机动车辆轨迹校正方法和相应的机动车辆轨迹校正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种行驶在行车道(11)上的机动车辆(10)的轨迹校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：-获取行车道(11)的几何形状参数和机动车辆(10)在行车道(11)上的位置参数的步骤(100)，-确定对应于机动车辆(10)的纵向轴线(A)和行车道(11)的道路线(30、31)之间夹角的航向角(a)的步骤(102)，-确定机动车辆(10)的速度的步骤(103)，-确定机动车辆(10)与行车道(11)的道路线(30、31)相交之前的剩余时间的步骤(104)，以及，根据航向角(a)和车辆与行车道(11)的道路线(30、31)相交之前的剩余时间生成车辆(10)的动态定值的步骤(106)。

Description

机动车辆轨迹校正方法和相应的机动车辆轨迹校正装置
技术领域
本发明涉及机动车辆轨迹校正方法以及相应的机动车辆轨迹校正装置。本发明在安全领域和机动车辆辅助驾驶领域有特别有利的应用。
背景技术
机动车辆通常具有由驾驶员操作的被固定在转向系统柱体上的方向盘，以驾驭车辆的转向轮。转向系统一般包括辅助装置，辅助装置生成一部分能量，供应用于驾驭车轮，以减小驾驶员应该传送的作用力，更具体地在低速和停止时要操作的作用力。
一些转向系统具有辅助驾驶功能，通过控制计算机来操控作用在该方向上的机动力，以在该方向上传送特定的辅助扭矩，实现对遵循行车道的辅助作用，这向驾驶员指示出相对正常行车道的偏移。这些辅助驾驶功能的名称例如为“意外与道路线相交预防”(PFIL)、“车道保持支持”(LKS)、“车道保持辅助系统”(LKAS)。
而且，文件FR2706604提供了一种用于导航辅助系统的车辆轨迹确定装置，该装置具有车辆方向盘的转向角测量部件、车辆前行测量部件和根据转向角和前行数据计算车辆行车轨迹的计算部件。然而，该装置需要实施GPS系统，其精确度在一些情况下是不足够的，尤其在车辆通过隧道内部时是不足够的。
文件US2009153360提供了一种将由摄像头传输的和由道路线保持处理得到的数据相关联的装置和方法，其中这两个系统数据的交叉频率不相同。然而，该方法导致采样不足的问题。
文件US2010191421提供了一种带有功能性构造的车道保持装置和方法，其中包括根据所遇到的具体情况，例如稳定车辆的需求、将车辆保持在车道上的需求和保持轨迹的需求，进行优先处理。然而，轨迹控制是基于横向偏移概念上的。
文件WO2011002345提供了一种车道保持装置和方法，其结合了有闭环控制的“电动助力转向”(DAE)，其中控制方案基于开环型低水平算法。另外，定值扭矩为要求的横向加速度的函数。
文件DE102007061900提供了一种预防与道路线相交危险的装置，但是其调节模式是基于车辆的发动机扭矩的。
然而，所有这些轨迹控制方法在确定车辆在行车道上的预期轨迹与在该行车道上测量的车辆轨迹之间的差异方面存在着精度问题。
发明内容
本发明的目的尤其在于通过提出一种根据对应于机动车辆的纵向轴线和行车道道路线之间夹角的航向角来校正车辆轨迹的轨迹校正方法，来克服现有技术的缺点。
更确切地，本发明涉及一种行驶在行车道上的机动车辆的轨迹校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
-获取行车道的几何形状参数和机动车辆在行车道上的位置参数的步骤，
-确定对应于机动车辆的纵向轴线与行车道的道路线之间夹角的航向角的步骤，
-确定机动车辆速度的步骤，
-确定机动车辆与行车道道路线相交之前的剩余时间的步骤，以及
-根据航向角和与行车道道路线相交之前的剩余时间生成车辆的动态定值的步骤。
根据一种实施方式，所述行车道的几何形状参数包括如下参数中的至少一种：相对于摄像头在行车道右侧的道路线位置，相对于摄像头在行车道左侧的道路线位置，通常对外侧道路线测定的行车道曲率。
根据一种实施方式，在获取行车道的几何形状参数的步骤中，行车道参数的测量结果被以50毫秒随后延迟50毫秒的频率发送。
根据一种实施方式，在获取行车道的几何形状参数的步骤之后，所述方法还包括计算信任指数的步骤，该信任指数根据行车道几何形状参数的测量结果和道路线模型之间的相关性计算。
根据一种实施方式，在确定航向角的步骤中确定的航向角根据行车道几何形状参数和车辆位置来计算。。
根据一种实施方式，在不可能校正轨迹的情况下，删除生成车辆动态定值的步骤并用特定警示代替。
根据一种实施方式，在机动车辆的驾驶员操作车辆的一个控制元件时，可由所述驾驶员禁止生成车辆动态定值的步骤。
本发明还涉及一种实施所述方法的行驶在行车道上的机动车辆轨迹校正装置，所述装置包括：
-摄像头，
-控制单元，
-横摆率传感器，
-机动车辆的速度传感器，
-主动转向系统，
其特征在于，所述装置包括根据对应于车辆纵向轴线和行车道道路线之间夹角的机动车航向角来校正轨迹的部件。
附图说明
通过对以下详细描述的阅读和对所附附图的检验，本发明将被更好地理解。仅以示意而非限定本发明的方式给出这些附图。其中：
图1：示出了根据本发明的车辆轨迹校正方法的不同步骤的方框图；
图2：根据本发明轨迹校正方法校正的行驶在弯曲行车道上的机动车辆重心轨迹的图形表示；
图3：根据本发明轨迹校正方法校正的在右侧行车道上的机动车辆重心轨迹的图形表示；
图4：含有根据本发明轨迹校正装置的机动车辆的示意性表示；
图5：示出了根据本发明的车辆轨迹校正方法的生成动态定值步骤中的不同子步骤的方框图；
图6：估算行车道的几何参数的道路线模型的图形表示。
相同、相似或类似的构件在不同附图中保留相同的参考标号。
具体实施方式
图4示出了位于参考标号11的行车道上的机动车辆10。该车辆10具有转向轮35和轨迹校正装置12，轨迹校正装置12具有摄像头20、控制单元21、横摆率传感器22、机动车辆10的速度传感器23和能够引导转向轮35的主动转向系统24。所述机动车辆10还具有纵向轴线A。
主动转向系统24具有转向柱体33。方向盘34被固定在所述柱体33的端部，该方向盘34由驾驶员操作，以驾驭车辆10的转向轮35。主动转向系统24还具有方向盘真实角度Av的测量部件和生成供应驾驭转向轮35的一部分能量的辅助装置。而且，系统24能够减小驾驶员应该传送的作用力，特别是在低速和停止时的操作作用力。
此外，转向系统24具有机动组件和控制所述机动组件的计算机，所述机动组件通过传送特定的辅助扭矩作用在车辆10的走向上，以实现帮助遵循行车道11。该辅助扭矩向驾驶员指明相对于行车道11的偏移。
更具体地，机动组件具有辅助装置的电动机或液压致动器，以在转向系统24的一个方向上或另一个方向上生成扭矩。该扭矩向驾驶员指明离开了行车道11或有离开的危险。
在实施本发明方法时，在第一步骤100中借助摄像头20获取行车道11的几何参数和在行车道11上的机动车辆10的位置。
为达此目的，摄像头20连续拍摄绘制在地面上的限定行车道11的白线30、31，以相对该车道11的横向限制定位车辆10和监测车辆10相对该车道11的横向偏移。
更确切地，摄像头20能够时刻识别相对摄像头20的行车道11的右侧道路线30的位置、相对摄像头20的行车道11的左侧道路线31的位置、和通常在外侧道路线上测定的行车道11的曲率。将右侧道路线30和左侧道路线31理解为在该摄像头20拍摄这些道路线30、31时的位于摄像头20右边和左边的道路线。由摄像头20以50毫秒的频率发送行车道11的几何形状参数的测量结果。为了避免欠采样的问题，在将测量结果发送给车辆10的网络时，被延迟了50毫秒。通过优化车辆10的网络低通带可以减小该延迟。
在步骤101中，控制单元21根据来自摄像头20的行车道11的几何形状参数测量结果和道路线模型之间的相关性计算信任指数。该道路线模型例如基于表示图6所示车辆10的坐标系(X，Y)中的道路线30、31的轨迹的二次或三次多项式。车辆10的坐标系(X，Y)具有与车辆10的纵向轴线A相重合的第一轴线X和与第一轴线X相垂直的第二轴线Y。坐标系(X，Y)的原点O位定于车辆10的重心G的位置处。在标准车道的情况下，假设道路线30、31的航向角和曲率基本上相等，这表示在道路线30、31之间存在恒定偏移。为了估算这些参数，采用在小角度情况下可证明的简单等式：
y = y 0 + α - x + c 0 2 - x 2
根据该等式，坐标系(X，Y)中，x为道路线30、31的点P的横坐标，y为道路线30、31的点P的纵坐标，y0为x＝0时上所述点的纵坐标，a为x＝0时的航向角，以及c0为常数。
如果信任指数大于某一阈值，那么在步骤102中确定航向角。该航向角对应于在机动车辆10的纵向轴线A和最接近于车辆10的车道11的道路线30、31之间的夹角。如果信任指数不大于某一阈值，认为不可能计算航向角。
步骤102由控制单元21根据自摄像头20的测量结果来实施。事实上，控制单元21已知车辆10的轴线A。另外，根据相对于摄像头20的行车道11的右侧道路线30的位置、相对于摄像头20的行车道11的左侧道路线31的位置和行车道11的曲率，能够精确得到车道11的几何形状(参照图2和3)。
在步骤103中，机动车辆10的速度测量由车辆10的速度传感器23实施。另外，机动车辆10的横摆率测量由横摆率传感器22实施。可将横摆率理解为车辆10围绕其重心G的旋转速率。
在步骤104中，控制单元21确定与行车道11的道路线30、31中的一条相交前的剩余时间。所述剩余时间或英语中的“Time to Line Crossing”(TLC)根据车辆10在车道11上的位置、车辆10的横摆率、车辆10的速度、车辆10的其它动态数据和驾驶员的动作来计算。
在步骤105中，根据步骤104中计算的剩余时间推导关于车辆10离开车道11的危险程度或车辆10离开车道11的危险性。将车辆10的动态数据理解为涉及进入车辆10的航路和行为管理的物理现象辨识和规范化的数据。例如这些动态数据为横摆加速度、横向加速度、方向盘34的旋转角度等。
通过分析由摄像头20测量的参数、车辆10的动态数据和驾驶员的动作，还可探测到并非驾驶员意愿的相对于行车道11的偏移。
如果车辆10离开车道11的危险程度超过某一阈值，在步骤106中将根据由摄像头20测量的参数、车辆10的速度和车辆10的其它动态数据，确定动态定值。车辆10的该动态定值由主动转向系统24生成和应用。如果车辆10离开车道11的危险程度没超过某一阈值，则不确定动态定值。
转向系统24对动态定值的确定为状态反馈调节，如在申请号为FR1060383的文件中描述的，其中将基本调节扭矩分解为角度和辅助扭矩。
更确切地，如图5所示，转向系统24的控制计算机在子步骤107中由摄像头20测量的参数和车辆10的动态数据确定方向盘转角Av的定值pfil。该方向盘转角Av定值pfil能够遵循车道11的给定方向。另外，实时方向盘转角Av的测量部件在子步骤108中测量真实方向盘转角。
在子步骤109中，带有比例/微分或数字调节系统的控制计算机根据方向盘转角Av定值pfil和真实方向盘转角Av之间的角度偏移ΔAv，计算角度Treg上的基本调节扭矩。
接下来在子步骤110中，转向系统通过乘以增益值k1、k2(其中k2＞＝k1＞0)计算辅助扭矩Tassist，计算方向盘的阻力扭矩值Cv，其中对于Cv＜0并且有从左边离开的危险，或Cv＞0并且有从右边离开的危险，则Tassist＝k1Cv；对于Cv＞0并且有从左边离开的危险，或Cv＜0并且有从右边离开的危险，则Tassist＝k2Cv。
最后在子步骤111中，转向系统将已算得的两个扭矩Treg，Tassist相加，以得到动态定值。
还可以明确区分辅助扭矩Tassist和调节扭矩Treg的两个计算，并以各自独立的方式调整这两个扭矩，从而易于调整的操作。
因此，转向系统动态定值的确定为利用补偿估算变量的低水平闭环控制。所要求的扭矩为内部函数，不由横摆率或横向加速度直接确定。
在子步骤112中，将动态定值传输到转向系统24的机动组件，机动组件根据该动态定值生成在转向系统24的一个方向或另一方向上的扭矩。
用取值例如在0和1之间的作用水平表征动态定值。这个作用水平根据车辆10离开车道11的危险性确定。危险性越大，作用水平的值越大且驾驶员感受到的阻力扭矩也越大。
有利地，从离开行车道11的危险性或离开行车道11出发，在定值方向盘转角和真实方向盘转角之间的角偏移趋向于凸显离开车道的危险时，由驾驶员感受到的阻力矩也趋于增大。
有利地，从离开行车道11的危险性或离开行车道11出发，在定值方向盘转角和真实方向盘转角之间的角偏移趋向于降低离开车道的危险时，由驾驶员感受到的阻力矩接近于零值。
在一种变化形式中，控制计算机计算能够让车辆10保留在确定区域上、即不离开车道11的横摆率。该横摆率被转换成由主动转向系统24调节的柱体角。将柱体角理解为主动转向系统的柱体33的旋转角度。
动态定值例如与车辆10的横向加速度或车辆10的横摆率一致。将横向加速度理解为车辆10相对其横向轴线的加速度。
在驾驶员操作车辆10的一个控制元件时，可由所述驾驶员禁止生成车辆10动态定值的步骤106。可将车辆10的控制元件例如理解为车辆10的方向盘34或刹车装置。
另外，在不可能校正轨迹的情况下，动态定值被删除并用特定警示代替，例如用触觉或视觉和听觉警示代替。

Claims (7)

1.一种行驶在行车道(11)上的机动车辆(10)的轨迹校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
-获取行车道(11)的几何形状参数和机动车辆(10)在行车道(11)上的位置参数的步骤(100)，
-确定对应于机动车辆(10)的纵向轴线(A)与行车道(11)的道路线(30、31)之间夹角的航向角(a)的步骤(102)，
-确定机动车辆(10)的速度的步骤(103)，
-确定机动车辆(10)与行车道(11)的道路线(30、31)相交之前的剩余时间的步骤(104)，和
-根据航向角(a)和车辆与行车道(11)的道路线(30、31)相交之前的剩余时间生成车辆(10)的动态定值的步骤(106)，
其特征在于，所述行车道(11)的几何形状参数包括如下参数中的至少一种：相对于摄像头(20)在行车道(11)右侧的道路线(30)的位置，相对于摄像头(20)在行车道(11)左侧的道路线(31)的位置，通常由摄像头(20)对外侧道路线测定的行车道(11)的曲率。
2.根据权利要求1所述的轨迹校正方法，其特征在于，在获取行车道(11)的几何形状参数的步骤(100)中，行车道(11)的参数测量结果被以50毫秒随后延迟50毫秒的频率发送。
3.根据权利要求1或2所述的轨迹校正方法，其特征在于，在获取行车道(11)的几何形状参数的步骤(100)之后，所述方法还包括计算信任指数的步骤(101)，根据在行车道(11)的几何形状参数的测量结果和道路线模型之间的相关性计算该信任指数。
4.根据权利要求1到3所述的轨迹校正方法，其特征在于，在确定航向角(a)的步骤(102)中确定的航向角(a)是根据行车道(11)的几何形状参数和车辆(10)的位置计算的。
5.根据权利要求1到4所述的轨迹校正方法，其特征在于，在不可能校正轨迹的情况下，取消生成车辆(10)动态定值的步骤(106)并用一个特定警示代替。
6.根据权利要求1到5所述的轨迹校正方法，其特征在于，在机动车辆(10)的驾驶员操作车辆(10)的一个控制元件时，所述驾驶员可以禁止生成车辆(10)动态定值的步骤(106)。
7.一种实施根据前面权利要求所述方法的行驶在行车道(11)上的机动车辆(10)的轨迹校正装置(12)，所述装置包括：
-摄像头(20)，
-控制单元(21)，
-横摆率传感器(22)
-机动车辆(10)的速度传感器(23)，
-主动转向系统(24)，
其特征在于，所述装置包括根据对应于车辆(10)的纵向轴线(A)与行车道(11)的道路线(30、31)之间夹角的航向角(a)来校正轨迹的部件。
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