CN104512462A - 车道维持控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车道维持控制装置及方法，利用从前方摄像头获得的车道信息、从车辆上安装的传感器所获得的信息及从汽车导航仪获得的信息，支援车辆的车道维持。根据本发明的车道维持控制装置的特征在于，包括：道路曲率计算部，利用从前方摄像头获得的信息及从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率；中心偏移计算部，以曲率为基础，算出曲线道路上的中心偏移；目标轨迹计算部，以中心偏移为基础，算出曲线道路上的目标轨迹；及目标转向扭矩算出部，以目标轨迹为基础，算出目标转向扭矩。

Description

车道维持控制装置及方法

技术领域

本发明涉及车道维持控制装置及方法。更详细地说，基于由汽车导航仪获得的路径信息的车道维持控制装置及方法。

背景技术

传统的LKAS(Lane Keeping Assist System-车道保持辅助系统)控制方式通过由车辆上安装的影像装置获得的车道信息，计算车道与车辆之间的距离，利用通过车辆的CAN数据所获得的车辆的进行方向和车速而算出车道脱离速度，并根据车辆的脱离与否而发出车道脱离警报或进行转向控制。

但是这种传统的控制方式只通过脱离距离和自车与车道间的角度即脱离角而算出控制量，稍微产生脱离角，也会超过车道脱离速度的临界值而使控制机变得敏感，这会频繁地施加控制扭矩输入，使驾驶员感到转向不安感。

并且，因高速行驶状况下进入曲线道路导致的车辆横向加速度的产生，会使车辆驶向旋回方向外侧，可能会产生与旁边车道的车辆相撞的危险状况。

韩国公开专利第2011-0054144号记述了车道维持控制系统。但是，该系统也是利用车道信息控制车道维持，无法解决前述的问题点。

发明内容

(要解决的技术问题)

本发明为解决所述问题点而提出，目的在于提供一种车道维持控制装置及方法，利用从前方摄像头获得的信息、从车辆上安装的传感器所获得的信息及从汽车导航仪获得的信息，支援车辆的车道维持。

但本发明的目的并不限定于所述涉及的事项，未涉及的其他目的可通过以下记载被本行业从事者所明确理解。

(解决问题的手段)

本发明为达成所述目的而提出，提供一种车道维持控制装置，包括：道路曲率计算部，利用从前方摄像头获得的车道信息及从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率；中心偏移计算部，以所述曲率为基础，算出所述曲线道路上的中心偏移(center offset)；目标轨迹计算部，以所述中心偏移为基础，算出所述曲线道路上的目标轨迹；及目标转向扭矩算出部，以所述目标轨迹为基础，算出目标转向扭矩。

优选地，所述道路曲率计算部算出所述曲率时，还利用从运行中的车辆上安装的传感器获得的信息。

优选地，所述道路曲率计算部以汽车导航仪的位置信息为基础，检出位于所述曲线道路上的地点的位置信息，以所述地点的位置信息为基础，计算旋回中心点的位置信息，以所述地点的位置信息和所述旋回中心点的位置信息为基础，算出所述曲率。

优选地，所述中心偏移计算部以所述曲率和车辆的目前速度为基础，预先计算所述曲线道路上产生的横向加速度，向所述横向加速度反映规定的增益，算出所述中心偏移。

优选地，所述目标轨迹计算部检出所述曲线道路的开始地点和结束地点，车辆到达所述开始地点时，算出所述目标轨迹。

优选地，所述目标轨迹计算部利用从所述前方摄像头获得的信息和从车辆上安装的传感器获得的信息，计算初期目标轨迹，所述初期目标轨迹加上所述中心偏移而算出最终目标轨迹。

优选地，所述车道维持控制装置，还包括：目标角速度计算部，利用基于所述目标轨迹上的目标点的旋回半径，算出目标角速度；及目标转向角计算部，比较所述目标角速度和通过安装在车辆的传感器获得的目前角速度，从而算出目标转向角。

优选地，所述目标转向角计算部把所述目标角速度与所述目前角速度之间的误差乘以比例及积分增益的值作为补偿值，从所述目标角速度算出所述目标转向角。

并且，本发明提供一种车道维持控制方法，包括：利用从前方摄像头获得的车道信息及从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率的步骤；以所述曲率为基础，算出所述曲线道路上的中心偏移(centeroffset)的步骤；以所述中心偏移为基础，算出所述曲线道路上的目标轨迹的步骤；及以所述目标轨迹为基础，算出目标转向扭矩的步骤。

优选地，所述道路曲率计算步骤中算出所述曲率时，还利用从运行中的车辆上安装的传感器获得的信息。

优选地，所述道路曲率计算步骤，以汽车导航仪的位置信息为基础，检出位于所述曲线道路上的地点的位置信息，以所述地点的位置信息为基础，计算旋回中心点的位置信息，以所述地点的位置信息和所述旋回中心点的位置信息为基础，算出所述曲率。

优选地，所述中心偏移计算步骤，以所述曲率和车辆的目前速度为基础，预先计算所述曲线道路上产生的横向加速度，向所述横向加速度反映规定的增益，算出所述中心偏移。

优选地，所述目标轨迹计算步骤，检出所述曲线道路的开始地点和结束地点，车辆到达所述开始地点时，算出所述目标轨迹。

优选地，所述目标轨迹计算步骤，利用从所述前方摄像头获得的信息和从车辆上安装的传感器获得的信息，计算初期目标轨迹，所述初期目标轨迹加上所述中心偏移而算出最终目标轨迹。

优选地，所述目标轨迹计算步骤与所述目标转向扭矩算出步骤之间，还包括：目标角速度计算步骤，利用基于所述目标轨迹上的目标点的旋回半径，算出目标角速度；及目标转向角计算步骤，比较所述目标角速度和通过安装在车辆的传感器获得的目前角速度，从而算出目标转向角。

优选地，所述目标转向角计算步骤，同所述目标角速度适用前馈控制而计算的值，在所述目标角速度与所述目前角速度间误差适用反馈控制，把乘以比例及积分增益的值作为补偿值，从所述目标角速度算出所述目标转向角。

(发明的效果)

本发明通过达成所述目的的构成，具有如下效果。

一、预测未来的车辆轨迹而生成目标轨迹。

二、有可能因摄像头影像处理时间迟延和MDPS(Motor Driven PowerSteering)反应时间迟延而发生的曲线道路行驶中，根据横向加速度的产生的车道追踪控制中，防止曲线道路车辆滑移现象。

附图说明

图1是概略性地图示根据本发明的优选实施例的车道维持控制系统的框图。

图2是概略性地图示图1的系统所具备的车道维持控制装置的框图。

图3是为了说明图2的道路曲率计算部执行的功能的参考图。

图4是为了说明图2的中心偏移计算部执行的功能的参考图。

图5是为了说明图2的目标轨迹计算部执行的功能的参考图。

图6是为了说明图2的目标转向角计算部执行的功能的参考图。

图7是为了说明图2的目标转向扭矩算出部执行的功能的参考图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。首先，关于为各附图的构成要素附加参照符号，相同的构成要素标示在不同的附图上时，尽可能使用了相同的符号。并且，说明本发明时，判断为相关的公开构成或功能的具体说明有可能会混淆本发明的技术要旨时，省略其详细的说明。并且，下面会说明本实用新型的优选实施例，但本发明的技术思想并不限定于此或受此限制，从业者可进行变更并以多种形式实施。

图1是概略性地图示根据本发明的优选实施例的车道维持控制系统的框图。

根据本发明的车道维持控制系统100是控制曲率道路上的车道维持的系统。即，利用通过摄像头传感器获得的信息而生成车辆轨迹，使车辆沿着车道内的任意的虚拟线，利用汽车导航仪掌握预先指定的路径信息，行驶中将进入曲线道路时，掌握此而生成把曲线道路上的行驶轨迹修正为旋回方向里侧的轨迹。

车道维持控制系统100选择性地变更可变的中心偏移(Center Offset)，把未来的车辆轨迹生成为原轨迹形态的属性(曲率)，利用此算出目标比率及转向角而生成控制量。据此，能够防止因横向加速度而车辆被挤向旋回方向外侧的现象。

车道维持控制系统100为了使车辆在车道中心不脱离指定的任意设定而行驶，利用通过摄像头传感器获得的车辆与车道间的相对信息而生成车辆的轨迹，计算能够维持所述生成的轨迹的目标角速度并产生能够跟上此的转向输入，从而帮助驾驶员的转向操作，使其能够跟上指定的轨迹。

车道维持控制系统100包括：汽车导航仪120，具备GPS接收功能，从卫星接收位置信息；前方摄像头110，掌握前方车道信息；主控制机130，用于车道维持控制；及转向装置控制机140，控制转向扭矩命令值。转向装置控制机140可呈现为例如MDPS(Motor Driven Power Steering)系统。

车道维持控制系统100利用汽车导航仪120行驶预先设定的路径时，接收曲线道路信息的输入，计算车辆将经过的前方曲线道路的曲率。基于计算的曲率，改变中心偏移(Center Offset)值，在目标轨迹计算中使用。

车道维持控制系统100通过前方摄像头110获得车辆与左右车道间的距离信息、方位角、曲率等信息，通过车辆CAN，从车辆传感器获得速度、转向角、角速度等信息。车道维持控制系统100基于这样获得的获得的信息和从汽车导航仪120接收的前方道路的曲线道路信息，为沿着指定的车辆轨迹而帮助转向操作，这种一连串的过程包括目标轨迹计算步骤、目标角速度计算步骤、目标转向角计算步骤、目标转向扭矩计算步骤等。

其次，更详细说明主控制机130。图2是概略性地图示图1的系统所具备的车道维持控制装置的框图。

根据图2，主控制机130包括：道路曲率计算部210、中心偏移计算部220、目标轨迹计算部230及目标转向扭矩算出部260。而且，主控制机130还可包括：目标角速度计算部240和目标转向角计算部250。

道路曲率计算部210利用从前方摄像头获得的车道信息和从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率。道路曲率计算部210算出曲线道路的曲率时，还可利用从运行中的车辆上安装的传感器获得的信息。

道路曲率计算部210基于汽车导航仪的位置信息，检出位于曲线道路上的地点的位置信息，以该地点的位置信息为基础，计算旋回中心点的位置信息，以所述地点的位置信息和旋回中心点的位置信息为基础，算出曲线道路的曲率。

道路曲率计算部210利用前方路径信息而计算曲线道路的曲率。图3是为了说明图2的道路曲率计算部执行的功能的参考图。参照图3，道路曲率计算部210基于为行驶汽车导航仪上指定的目标地点的路径，接收从目前的位置到位于任意的距离的3个地点P1(x1、y1)、P2(x2、y2)及P3(x3、y3)的纬度及经度的输入。通过计算曲线道路的外接圆的中心的公式计算旋回中心点O(x、y)的纬度及经度，求出前方路径上的曲线道路的半径，能够实时计算前方曲线道路的曲率。

中心偏移计算部220执行的功能为，以曲线道路的曲率为基础，算出曲线道路上的中心偏移(Center Offset)。

中心偏移计算部220以曲线道路的曲率和车辆的目前速度为基础，计算曲线道路上的横向加速度，把预先规定的增益反映到该横向加速度，算出中心偏移。

中心偏移计算部220实时计算前方曲线道路的曲率，通过下面的数学式1，计算中心偏移。

中心偏移计算部220基于前方曲线道路的曲率ρ和目前车辆速度V，计算前方曲线道路上可能会产生的横向加速度A_y-CURVE，选定任意的增益k，计算前方曲线道路上适用的中心偏移ε_CENTER。

【数学式1】

A_y-CURVE＝ρ·V²

ε_CENTER＝k·A_y-CURVE

前方曲线道路上有可能产生的横向加速度与中心偏移成比例关系。适当选定任意的增益k而计算中心偏移。

目标轨迹计算部230执行的功能为，以中心偏移为基础，算出曲线道路上的目标轨迹。

目标轨迹计算部230检出曲线道路的开始地点和结束地点，车辆到达开始地点时，算出目标轨迹。图4是为了说明图2的中心偏移计算部执行的功能的参考图。以下说明参照图4。

首先目标轨迹计算部230判断前方曲线道路上的开始点及结束点。

接收从汽车导航仪路径上的现位置具有一定距离的3地点的纬度及经度坐标的输入(S405)。实时计算3坐标的曲率后(S410)，任意时间内维持超过任意的临界值(ThresholdValue)的曲率时，判断为曲线道路的开始点(S415)并保存坐标(S420)。

与此相反，前方判断曲线道路的开始点时，实时计算前方3坐标的曲率，任意的时间内维持低于任意的临界值时，判断为曲线道路结束点(S440)并保存结束点坐标(S445)。

之后，目标轨迹计算部230在前方曲线道路行驶中适用中心偏移。

比较汽车导航仪路径上的现位置纬/经度坐标和保存的曲线道路开始点纬/经度坐标(S425)，通过开始点后(S430)，把曲线道路中心偏移传达到车道维持控制逻辑中的目标轨迹生成逻辑模块(S435)。目标轨迹生成逻辑中考虑到中心偏移，不是车道中间而向旋回方向里侧引导车辆。

同样地，通过结束点时(S450，S455)结束曲线道路中心偏移的适用(S460)，运转原来的目标轨迹生成逻辑。

目标轨迹计算部230利用从前方摄像头获得的信息和从车辆上安装的传感器获得的信息，计算初期目标轨迹，该初期目标轨迹加上中心偏移而算出最终目标轨迹。

目标轨迹计算部230利用Kinematics(运动学)而计算目标轨迹。

目标轨迹计算部230利用根据速度变化的目标距离L生成轨迹，使车辆沿着车道中心沿着指定的任意的中心偏移生成的虚拟线。这里设定为0时，生成沿轨道中心所需的轨迹。

图5是为了说明图2的目标轨迹计算部执行的功能的参考图。以下说明参照图5。

从自车的位置A远离目标距离L的车道中心线B为目标点时，利用摄像头传感器信息及车辆CAN信息，计算自车的位置A及方位角、目标距离L，道路上的去目标点B的轨迹可实时呈现为圆形态的属性(Target，目标)。计算目标点B(x、y)可利用勾股定理，如以下数学式2。

单纯地计算目标轨迹的车道中心点的目标点B(x、y)加上基于前方曲线道路的曲率和自车的速度计算的中心偏移，计算新的目标点B'(x'，y')并适用。

【数学式2】

L＝A·V_x+B   (L≥L_min)

R_road ²＝(R_road-y-ε)²+x²

$x=\sqrt{L^2-y^2}$

$y=\frac{L^2-{\mathrm{\ϵ}}^2-2\mathrm{\ϵ}(R_{\mathrm{road}}-\mathrm{\ϵ})}{2(R_{\mathrm{road}}-\mathrm{\ϵ})}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{road}}(L^2-{\mathrm{\ϵ}}^2)}{2(1-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{road}}\mathrm{\ϵ})}-\mathrm{\ϵ},({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{road}}=\frac{1}{R_{\mathrm{road}}})$

目标距离L随着速度的增加而变长，指定L_min为最小值。假设车辆处于相同的行驶状况，随着目标距离L的增加，目标旋回半径会变长，据此计算的转向输入的大小变小，控制时点变快。

目前速度适用车辆在前方曲线道路上的横向加速度而计算的新的目标点B'(x'、y')能够防止前方曲线道路车道追踪控制中车辆因横向加速度而挤向外侧的现象，使得因前方曲线道路车道追踪控制的车辆运行稳定。

目标角速度计算部240执行的功能为，利用基于目标轨迹上的目标点的旋回半径，算出目标角速度。

目标角速度计算部240计算车辆目标角速度，用于跟上根据目标轨迹计算部230算出的目标点B。目标角速度计算部240计算用于跟上首先目标点B的旋回半径(曲率)，之后计算用于跟上计算的旋回半径(曲率)的目标角速度。

利用目标距离L和车辆与目标点B之间的角度(α)及方位角(Φ)、旋回半径(曲率)可根据下面的数学式3计算。

【数学式3】

$\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{des}}\cos (\mathrm{\φ}+\mathrm{\α})=\frac{L}{2}\\ +\frac{r}{L}(y\cos \mathrm{\φ}-x\sin \mathrm{\φ})\end{array}$

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{des}}=\frac{1}{R_{\mathrm{des}}}=\frac{2}{L^2}(y\cos \mathrm{\φ}-x\sin \mathrm{\φ}),(x=L\sin \mathrm{\α},y=L\cos \mathrm{\α})$

车辆在曲率道路旋回时因横滑动的产生而计算的目标轨迹与车辆行驶轨迹相比会有误差，为了补正误差，如数学式4，可计算考虑到横滑动(f(β))的目标曲率(ρ_des，com)，基于补正的目标曲率，可计算目标角速度YR_des。

【数学式4】

YR_des＝ρ_des，com·V_x，(ρ_des，com＝ρ_des·f(β))

目标转向角计算部250执行的功能为，比较目标角速度与从车辆上安装的传感器获得的目前角速度，算出目标转向角。

目标转向角计算部250把目标角速度与目前角速度之间的误差乘以比例及积分增益的值作为补偿值，从目标角速度算出所述目标转向角。图6是为了说明图2的目标转向角计算部执行的功能的参考图。以下说明参照图6。

目标转向角计算部250计算能够跟上目标角速度计算部240中求得的目标角速度610的转向角。即，利用上面求得的目标角速度610与正常状态下的角速度620的误差乘以积分增益而补偿的方法计算。利用目标角速度610和正常状态角速度620补偿的理由是，补偿车辆在曲率道路行驶时根据目标角速度计算部240计算的目标角速度的不足的部分而正确跟上目标点B。目标转向角630是利用补偿的目标角速度和实际角速度，通过Feedforward(前馈)及Feedback(反馈)控制而计算的。

目标转向扭矩算出部260执行的功能为，在从目标轨迹依次算出目标角速度和目标转向角后，以目标转向角为基础，算出目标转向扭矩。

目标转向扭矩算出部260计算转向扭矩，该转向扭矩用于跟上目标转向角计算部250所求得的目标转向角。利用从车辆CAN获得的转向角、转向角速度及扭矩值而生成转向扭矩。

图7是为了说明图2的目标转向扭矩算出部执行的功能的参考图。参照图7，车辆根据驾驶员操作而行驶时(S710)，判断车道维持控制装置是否处于驱动中(S720)。开关状态为ON(开)时，判断为车道维持控制装置为驱动中，之后判断控制与否(S730)。控制与否判断通过确认车辆状态和传感器信息而判断。实行根据车道维持控制装置的控制后，算出目标轨迹，接着依次算出目标角速度、目标转向角，最终计算车辆目标扭矩(S740)。

其次，重新整理一遍根据主控制机(或车道维持控制装置)的车道维持控制方法。

首先，道路曲率计算部利用从前方摄像头获得的车道信息和从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率(道路曲率计算步骤)。道路曲率计算部还可利用从运行中的车辆上安装的传感器获得的信息，算出曲线道路的曲率。

之后，中心偏移计算部以曲线道路的曲率为基础，算出曲线道路上的中心偏移(Center Offset)(中心偏移计算步骤)。

之后，目标轨迹计算部以中心偏移为基础，算出曲线道路上的目标轨迹(目标轨迹计算步骤)。

之后，目标角速度计算部利用以目标轨迹上的目标点为基础的旋回半径，算出目标角速度(目标角速度计算步骤)。

之后，目标转向角计算部比较目标角速度与从车辆上安装的传感器获得的目前角速度，算出目标转向角(目标转向角计算步骤)。

之后，目标转向扭矩算出部以目标转向角为基础，算出目标转向扭矩(目标转向扭矩算出步骤)。

即使以上说明的构成本发明的实施例的所有构成要素结合为一体或结合而运转，本发明并不限定于这种实施例。即，只要是在本发明的目的范围之内，所有构成要素都可以一个以上选择性地结合而运转。并且，所有构成要素分别体现为一个独立的硬件，但各构成要素的部分或全部被选择性地组合，体现为具有执行一个或多个硬件组合的部分或全部功能的程序模组的计算机程序。并且，这种计算机程序被保存到USB存储器、CD磁盘、闪存等计算机可读的记录媒介(Computer Readable Media)，可被计算机读取并执行，从而体现本发明的实施例。计算机程序的记录媒介有磁记录媒介、光记录媒介、载波记录媒介等。

并且，若对包含技术性或科学性用语的所有用语，未在详细说明中另行定义，与本发明所属技术领域中具有一般知识的人所一般理解的具有相同的意思，与字典中定义的用语相同而一般使用的用语应解释为与相关技术的文脉上的意思一致，只要本发明没有明确定义，不能解释成异常或过度形式化的意思。

上述说明只是例示性地说明了本发明的技术思想，在本发明所属技术领域具有一般知识的人，能够在不脱离本发明本质特性的范围内，可进行多种修改、变更及替换。因此，本发明公开的实施例及附图并不在于限定本发明的技术思想，而是为了说明，本发明的技术思想的范围并不受这种实施例及附图的限定。本发明的保护范围应根据以下的权利要求所解释，与其同等范围内的所有技术思想都包括在本发明的权利范围。

Claims (9)

1.一种车道维持控制装置，其特征在于，包括：

道路曲率计算部，利用从前方摄像头获得的车道信息及从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率；

中心偏移计算部，以所述曲率为基础，算出所述曲线道路上的中心偏移(Center Offset)；

目标轨迹计算部，以所述中心偏移为基础，算出所述曲线道路上的目标轨迹；及

目标转向扭矩算出部，以所述目标轨迹为基础，算出目标转向扭矩。

2.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述道路曲率计算部算出所述曲率时，还利用从运行中的车辆上安装的传感器获得的信息。

3.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述道路曲率计算部检出位于所述曲线道路上的地点的位置信息，以所述地点的位置信息为基础，计算旋回中心点的位置信息，以所述地点的位置信息和所述旋回中心点的位置信息为基础，算出所述曲率。

4.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述中心偏移计算部以所述曲率和车辆的目前速度为基础，预先计算所述曲线道路上产生的横向加速度，向所述横向加速度反映规定的增益，算出所述中心偏移。

5.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述目标轨迹计算部检出所述曲线道路的开始地点和结束地点，车辆到达所述开始地点时，算出所述目标轨迹。

6.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述目标轨迹计算部利用从所述前方摄像头获得的信息和从车辆上安装的传感器获得的信息，计算初期目标轨迹，所述初期目标轨迹加上所述中心偏移而算出最终目标轨迹。

7.根据权利要求1所述的车道维持控制装置，其特征在于，还包括：

目标角速度计算部，利用基于所述目标轨迹上的目标点的旋回半径，算出目标角速度；及

目标转向角计算部，比较所述目标角速度和从安装在车辆的传感器获得的目前角速度，从而算出目标转向角。

8.根据权利要求7所述的车道维持控制装置，其特征在于，

所述目标转向角计算部把所述目标角速度与所述目前角速度之间的误差乘以比例及积分增益的值作为补偿值，从所述目标角速度算出所述目标转向角。

9.一种车道维持控制方法，其特征在于，包括：

利用从前方摄像头获得的车道信息及从汽车导航仪获得的信息，算出之后将进入的曲线道路的曲率的步骤；

以所述曲率为基础，算出所述曲线道路上的中心偏移(Center Offset)的步骤；

以所述中心偏移为基础，算出所述曲线道路上的目标轨迹的步骤；及

以所述目标轨迹为基础，算出目标转向扭矩的步骤。