CN106256641A - 用于车辆中安全转向辅助的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在自主或半自主车辆中的用于转向辅助的一种方法，该方法包括识别即将到来的弯道，检测即将到来的弯道的内车道边界和外车道边界，确定在车辆和外车道边界之间的安全距离并且控制车辆在弯道中相对于内车道边界和外车道边界的位置使得车辆在距离外车道边界等于或者大于安全距离的一段距离处。该发明还涉及能够执行上述用于转向辅助的方法的转向辅助系统。

Description

用于车辆中安全转向辅助的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆中转向辅助的方法和系统。特别地，本发明涉及一种用于在半自主或者全自主车辆中增加安全性和驾驶者信任的方法和系统。

背景技术

车辆中驾驶者辅助系统(例如车道保持、制动辅助、停车辅助和自适应巡航控制系统)的发展使得车辆或多或少能自主运行。

引入新的驾驶者辅助系统要求所述系统使用是安全的且同时车辆的驾驶者在信任所述系统令人满意地运行方面感觉舒适。

转向辅助系统通常识别道路的车道边界并且作用以将车辆定位靠近车道的中心以最大化至车道边界的距离。然而，不总是期望将车辆定位在车道的中心处。例如，对于具有会车的多车道道路，可优选将车辆定位于进一步远离会车以增加安全边距。

此外，当行驶通过弯道时最佳路径通常不是车道的中心。人类驾驶者经常会切入弯道以减少行驶距离及最大化车辆路径的曲率以便减小作用在车辆上和驾驶者上的离心力，从而提高了驾驶者的舒适度。此外，通过最大化通过弯道的行驶路径的半径，车辆将失去牵引力的风险较小。为了最大化通过弯道的路径的曲率半径，车辆接近弯道时朝向外车道边界定位，然后朝向弯道中的内车道边界移动。当接近弯道的出口时，车辆被再次定位于更靠近外车道边界，从而沿着具有比跟随车道中心路径更大半径的路径经过弯道。

在US2013/0006473中，描述了用于确定道路的弯道部分的切入轨迹的一种方法和控制单元。该方法和系统旨在提供一种模仿人类的行为的自主的方法。因此，建议定位车辆减少曲率以减少在车辆和车辆乘员上的横向加速度(重力)。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明的一个目的是提供用于改进车辆的转向辅助系统中的安全性和驾驶者信任的方法和系统。

根据本发明的第一个方面，提供用于车辆中转向辅助的方法，所述方法包括识别即将到来的弯道，检测即将到来的弯道的内车道边界和外车道边界，确定车辆和外车道边界之间的安全距离并且控制车辆在弯道中相对于内车道边界和外车道边界的位置使得所述车辆在距离所述外车道边界等于或大于所述安全距离的一段距离处。

车道边界在本文中可以是视觉可识别的车道标线，例如画的车道标线。车道边界也可以是限定车辆在其中行驶的车道的护栏或墙，或者车道边界可以是道路表面上配置为使驾驶者意识到车辆什么时候正行驶在车道边界上的肋条状(ribs)的形式。车道边界也可以是道路的边缘，如果不存在或者无法识别其它车道边界。

安全距离可以被限定为至车辆行驶方向中的外车道边界的距离。安全距离也可以被限定为至靠近车辆的外车道边界的点的距离，安全距离通常是在大致垂直于车辆行驶方向的方向中。

本发明是基于以下认识：在包括自主或半自主转向辅助系统的车辆中，可期望提供一种转向辅助方法，其既增加车辆转向辅助系统的驾驶者信任，也提供在转向辅助系统故障或失灵的情况下的高度安全性。改进的安全性是通过确定的安全距离和所致的车辆定位来实现的。在转向辅助系统故障的情况下，可具有第二系统或者辅助系统用于补救或者用于缓解故障的潜在影响，例如当车辆行驶通过弯道时如果转向辅助系统失败，防止车辆继续在直线中行驶而偏离道路或驶入相邻车道内。这些第二系统或者辅助系统可包括能采取预防措施来阻止碰撞或道路偏离的第二转向系统、紧急制动系统或其它系统。为了最大化第二系统采取动作的时间，限定的安全距离最优选被确定为使得第二系统能够有足够的时间做出反应并采取动作。作为自主系统的替代，驾驶者在转向辅助系统故障或失灵的情况下可以被警告，以便驾驶者能控制方向盘并且以控制的方式操纵车辆通过弯道或停止车辆。原则上，可期望车辆尽可能在整个弯道靠近内车道边界以最大化在转向辅助系统故障情况下可用于纠正动作的时间。然而，如果车辆太靠近内车道边界，驾驶者也可感到不舒适且小的转向干扰可导致偏离道路至弯道的内侧。因此，确定安全距离以便驾驶者对转向辅助系统运行且车辆被定位成有足够时间可用于处理意外事件有信心。在实践中，安全距离可以根据将在下面进一步讨论的多个不同的参数来确定。

此外，安全距离可被限定为从车辆至车辆行驶方向中的车道边界的距离、限定为从车辆至车道边界的横向距离，或者如将在下面更详细讨论的两者的组合。

根据本发明的一个实施例，所述方法还可包括在进入所述弯道之前定位车辆使得当所述车辆进入所述弯道时在车辆和外车道边界之间的距离大于或者等于所述安全距离。因此，只要弯道被识别，车辆可以开始朝向车道中的位置移动。从而，驾驶者能有信心当车辆进入弯道时转向辅助系统运行且车辆不比确定的安全距离更靠近外车道边界。此外，通过确保车辆在距离弯道足够距离处已经被正确地定位在车道中能防止任何急剧和不舒适的转向动作。

在本发明的一个实施例中，安全距离可以被确定使得车辆被定位于比至外车道边界更靠近内车道边界。如果对转向辅助系统可用的信息仅是关于车道边界的信息，用于确定安全距离的最直接的方法是将车辆定位于车道中心朝向内车道边界偏移的位置，同时仍保持至内车道边界足够的距离。至内车道边界的最小可允许的距离可以例如是预限定的距离，或者其可被确定为车道宽度的函数。

根据本发明的一个实施例，安全距离可基于车辆的速度被确定。能假设第二系统需要一定的时间来反应并采取动作。因此，对于给定的安全距离，车辆的较高速度导致减少的反应时间。因此，较高的车辆速度需要较长的安全距离，对于较低的车辆速度反之亦然。

根据本发明的一个实施例，安全距离可以基于弯道的曲率被确定。当车辆位于弯道中时，安全距离可优选被限定为至车辆切线方向(即纵向方向，或行驶方向)上的外车道边界的距离。相比较而言，当车辆在直线路径中行驶时，例如当接近弯道时，安全距离能被限定在垂直于行驶方向的方向中。因此，比较具有相同车道宽度但不同的曲率的两条弯道，具有较小曲率半径的弯道将具有至车辆切线方向上外车道边界较小的纵向距离。因此，因为从车辆到外车道边界的纵向距离的不同，对于不同半径弯道，安全距离可以是不同的。在本发明的一个实施例中，安全距离可以基于弯道的道路表面条件被确定。道路的表面条件对车辆的制动距离有很大的影响，且也对改变车辆行驶方向的能力有很大的影响。因此，当确定安全距离时能考虑道路条件。限定道路条件的相关参数可以例如包括表面类型，道路表面的损坏或者存在的冰，雪或水。

在本发明的一个实施例中，安全距离可以基于道路的倾斜角被确定。道路的倾斜也将影响车辆的转向能力。例如，车辆可以上坡或下坡行驶穿过弯道，且弯道可以是斜的或在横向方向上倾斜，从而影响车辆的转向能力。

根据本发明的一个实施例，安全距离可有利地等于或大于车辆的估计的制动距离以确保有足够的距离用于实现完全停止或充分降低车辆的速度。能仅基于车辆的速度估计制动距离，或者其可以使用附加信息例如如上面讨论的关于道路的表面特性来估计。

此外，安全距离可有利地基于外车道边界的特性。外车道边界可包括画在道路表面上的车道标线。然而，车道边界也可以是钢丝绳护栏，W形梁护栏(a W-beam barrier)，混凝土护栏或类似物。根据车道边界的类型，安全距离可以以不同的方式被确定。例如，由于钢丝绳护栏防止车辆从车道离开，即使车辆以一定的速度的撞击护栏，因此具有钢丝绳护栏形式的车道边界的车道与具有可能有其它车辆存在的相邻车道的车道标线的车道相比可以具有更短的安全距离。

根据本发明的一个实施例，安全距离可以基于超出外车道边界的物体的评估被确定。用于确定安全距离的另一个可能的输入参数是超出车道边界存在什么物体。如果在外车道边界的另一侧没有障碍物，并且在车辆越过车道边界情况下如果对车辆、其乘员或者在车辆外部的人员的损坏的风险被估计为是低的，相比于如果车道边界的另一侧有高风险的物体，安全距离能被设定为较低。低风险的物体和周围环境的示例包括平原地面，低植被，小沟渠及类似物。高风险的物体和周围环境包括树木，其它车辆，岩石，悬崖等。

在本发明的一个实施例中，安全距离可以基于辅助系统的特性被确定。例如，安全距离可以被设定为使得有足够的时间用于辅助系统来激活和采取纠正动作。辅助系统可以例如是制动系统和/或第二转向辅助系统。

根据本发明的一个实施例，所述方法还可以包括获取即将到来的弯道的摄像机图像，并且从摄像机图像确定车道边界。基于捕获的即将到来的弯道的摄像机图像，使用已知的图像处理技术能确定弯道的曲率和车道宽度。由此，弯道的特性在到达弯道之前能被确定，并且车辆能被定位在车道中以使得当车辆进入弯道时保持需要的安全距离。除了或代替摄像机，其它装置可用于确定即将到来的弯道的特征。例如，弯道的特性可以从与GPS坐标、雷达、激光和/或惯性测量单元(inertial measurement unit，简称IMU)测量结合的地图数据中导出。摄像机通常被定位为捕获指向车辆纵向方向的道路的前视图像。获取的摄像机图像也可以被用于确定至车辆行驶方向上最接近车道边界的纵向距离。

在本发明的一个实施例中，安全距离可以在进入弯道之前被确定且在整个弯道是恒定的。这可以是如下情况，即，当在到达弯道之前弯道的特性是已知的并且如果在整个弯道具有基本上相同的曲率。

在本发明的一个实施例中，确定安全距离的步骤可以在进入所述弯道之前且在整个通过所述弯道的过程中被执行。能确定用于进入弯道的初始安全距离，在这之后取决于弯道的变化特性、车道边界或周边环境对安全距离进行更新。安全距离可以连续地更新通过弯道或者以设定的时间间隔间歇地更新。如果在整个弯道安全性变化，车辆被控制为从一个安全距离平滑和逐渐过渡至下一个安全距离以便不产生由突然转向运动引起的乘员的不舒适或不安全的交通情况。

根据本发明的第二方面，提供车辆中的转向辅助系统，所述系统包括：弯道识别模块，其配置为检测即将到来的弯道和识别即将到来的弯道的内车道边界和外车道边界；安全模块，其配置为确定在车辆和外车道边界之间的安全距离；和车辆定位模块，其配置为控制车辆在弯道中相对于内车道边界和外车道边界的位置使得车辆在距离外车道边界等于或大于安全距离的一段距离处。

系统可有利地包括配置为检测即将到来的弯道和识别弯道的车道边界的至少一个前视摄像机。

发明的第二方面的效果和特征主要是与结合发明的第一方面的上面的那些描述类似。

当研究所附权利要求和以下说明时，本发明的其它特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到本发明的不同特征可被组合以形成除下面描述之外的实施例而不脱离本发明的范围。

附图说明

参照示出发明的示例性实施例的附图，本发明的这些和其它方面现在将更加详细描述，其中:

图1示意性示出了包括根据发明一个实施例的转向辅助系统的车辆；

图2示意性示出了根据本发明的转向辅助方法的一个实施例的行驶通过弯道的车辆；

图3示意性示出了根据本发明的转向辅助方法的一个实施例的行驶通过弯道的车辆；

图4示意性示出了根据本发明的转向辅助方法的一个实施例的行驶通过弯道的车辆；

图5示意性示出了根据本发明的转向辅助方法的一个实施例的行驶通过弯道的车辆；

图6示意性示出了包括根据发明一个实施例的转向辅助系统的车辆；

图7示意性示出了包括根据发明一个实施例的转向辅助系统的车辆；和

图8是流程图，其概述了根据发明一个实施例的方法的通用步骤。

具体实施方式

在本详细描述中，用于确定根据本发明的转向辅助系统中的安全距离的系统和方法的各个实施例将参照自主或半自主车辆描述。车辆是半自主或者全自主是指车辆设有不需要来自车辆的驾驶者的任何输入以执行一个或更多个驾驶任务的控制系统。这些驾驶任务可包括以车道保持和停车辅助的形式的转向，和/或巡航控制和距离保持。在本申请中，假设车辆设有至少能够转向车辆通过弯道的转向辅助系统。

图1是接近弯道102的车辆100的示意图。为简单起见，只示出一个车道。道路包括外车道边界104和内车道边界106。为简单起见，只示出一个车道。然而，本发明的各个实施例在任一方向上具有任何数量的车道同样是可应用的，只要有一些形式的分隔邻近车道的可识别的车道边界。区域108指示通过布置在车辆前方的摄像机检测的区域。代替或者除了摄像机，车辆也可配备前向指向雷达(forward pointing radar)或者红外传感器(IR-sensor)。

当车辆接近弯道时，摄像机捕获即将到来的弯道的图像并且通过车辆中的图像处理功能能确定弯道的某些特性，例如弯道的宽度110、弯道的起始点112、至弯道的距离114、和至少弯道初始部分的曲率。基于通过摄像机获取的信息，当进入弯道时转向辅助系统能确定在车辆100和外车道边界104之间的安全距离。此外，转向辅助系统优选以这样的方式将车辆定位车道中，即，使得当进入弯道时车辆在正确的位置中。通过到达车道之前定位车辆，车辆驾驶者能有信心转向辅助系统已经识别弯道且在接近弯道期间车辆被正确定位用于以安全的方式行驶通过弯道。

图2更加详细地概述了转向辅助方法和系统的一般原理。一旦弯道102的特性已经被识别，如与图1相关描述的，车辆100能确定安全距离，例如车辆和外车道边界104之间的横向距离202。为简单起见，安全距离202从车辆的最靠近外车道边界104的点示出。然而，车辆上的任何点可作为用于安全距离202的车辆参考点。为了确保到达弯道102的起始点时没有超过安全距离202，车辆被定位204成朝向内车道边界106以便当到达弯道时在正确的位置中。一旦在弯道中，车辆100能例如保持至外车道边界104的恒定距离。此外，可以设定条件以便车辆100不是太靠近内车道边界。可替代地，转向辅助系统能使用内车道边界106作为参考，并且从而通过将车辆100定位于距离内车道边界106的某一距离以保持安全距离。

在一个实施例中，安全距离能基于从车辆至在车辆100行驶方向(纵向方向)上最近的车道边界的距离被限定。如图2中示出的，从车辆至在车辆100行驶方向上的外车道边界104的距离204a和204b在整个弯道102都将变化。因此，基于至外车道边界的纵向距离204a、204b确定的安全距离可在整个弯道102变化。

图3是行驶通过双弯道300的车辆100的示意图，首先向左转且然后向右转。车辆接近第一弯道302并且基于从车辆100至在车辆100行驶方向上最近的车道边界308(其是外车道边界308)的距离306a确定第一安全距离。转向辅助系统也将车辆定位在距离内车道边界310适当距离处。

当车辆已经完全通过弯道的某一部分时，在车辆行驶方向上的最近的车道边界(如由距离306b示出)变成紧接着的弯道304的外车道边界312。因此，至在车辆行驶方向上最近的车道边界的距离在整个弯道中改变是指在整个弯道中用于确定安全距离的基础也改变了。为了保持优化的安全距离，在整个弯道中能连续地确定和更新安全距离。至车辆行驶方向上最近车道边界的距离的有时的急剧变化(如由箭头306a和306b示出的)要求转向辅助系统将这些变化变成车辆横向位置的平滑过渡以便提供弯道的安全和舒适的处理。

此外，当车辆100继续通过弯道时，至车道边界312的距离306c在当车辆离开弯道时增加为306d前又减少了。

上面的示例是假设前视摄像机是信息的唯一来源进行描述的。然而，转向辅助系统可使用用于获取关于道路和关于即将到来的弯道的信息的若干个其它源。例如，转向辅助系统能使用来自GPS接收器的信息以获取关于车辆的位置的信息，结合至包含道路和弯道的信息的车载地图数据。

此外，转向辅助系统能使用来自车辆的内部导向系统(internal guidancesystem)的信息以确定例如车辆的倾斜。此外，道路表面信息能从温度传感器、雨传感器等被获取以收集关于道路表面的摩擦力及出现冰雪或水的信息。

当确定安全距离时来自上面提到的传感器的所有信息能被结合至转向辅助系统并且被考虑。

除了确定安全距离，车辆的转向辅助系统能被连接至车辆的速度控制功能以便控制车辆的速度。特别地，如果转向辅助系统估计在当前条件下不能保持安全距离，转向辅助系统能控制车辆的速度以便能满足安全条件。

基于关于弯道、道路表面和车辆速度的已知信息，转向辅助系统于是能考虑进一步的条件以确定安全距离。该条件可以是车辆应该能够在到达车道边界前做到完全停止，或者假设车辆继续在当前行驶方向，当其到达车道边界时车辆应该能够制动使得其不超过预确定的速度，例如30公里每小时。转向辅助系统也能将转向与制动结合。

例如，如果已经确定外车道边界包括护栏例如钢丝绳护栏，转向辅助可以设定安全距离以便车辆能够降低速度至足够的程度以便与钢丝绳护栏的碰撞对车辆的乘员是安全的。

转向辅助系统也能够识别超出车道边界之外的物体，在这种情况中，当确定安全距离时也考虑这种信息。

图4示意性示出了弯道400，其中有树402靠近外车道边界404。刚好超出外车道边界存在的潜在危险障碍物可以例如引起转向辅助系统将车辆定位成更靠近内车道边界，和/或降低车辆的速度，以能够保持确定的安全距离。

在图5中，车辆100示出为行驶通过弯道500，其中迎面而来的车辆存在于超出外车道边界502处。这种情况下至关重要的是车辆不跨越至相邻车道内，并且安全距离能因此基于可能有迎面而来的车辆的知识来设定。

图6示出了车辆100行驶通过具有倾斜，即朝向外车道边界倾斜的弯道600。车载内部导向系统可以检测倾斜的弯道，或者关于弯道的几何知识可以预存储在地图数据库中。弯道的倾斜将导致车辆的略短的制动距离，并且相比行驶穿过平坦的弯道时安全距离能相应地减少。

图7示意性示出了一车辆，其包括用于捕获在车辆行驶方向前方的道路图像的前视摄像机702、GPS模块和各种环境传感器例如雨传感器和温度传感器。通过使用来自所有有效传感器的信息，转向辅助系统能优化安全距离以便车辆在相对于车道边界的位置处能安全地行驶通过弯道，使得在转向辅助系统的一些部分出现故障的情形下有足够的时间/距离采取纠正动作或停止车辆。

图8是流程图，其概述了根据本发明的一个实施例的方法的通用步骤。在第一步骤802中，检测即将到来的弯道，例如使用车载摄像机，和/或通过使用地图和位置信息。从获取的信息，至少检测到的弯道的内车道边界和外车道边界的位置被确定804。接着，806，安全距离被确定。在沿着道路的当前的或者将来的纵向位置处的安全距离(至车道边界的横向或者纵向距离)可通过首先确定威胁度量x被确定。如果威胁度量x比阈值y小，则候选距离是安全的距离。因此，如果满足威胁度量条件，则候选距离能被设定为安全距离。

威胁度量和阈值能基于至车辆行驶方向(纵向距离)上最近车道边界的距离或者在垂直于行驶方向的方向上的距离(横向距离)被确定。确定至最近车道边界的纵向距离可能需要关于车辆方位角的知识，或者可以例如通过雷达来确定距离。在这种情况中，阈值y可以是车辆的停止距离，因此在转向故障的情况中使得车辆能停止在车道内。停止距离可包括检测故障时行驶的距离。

阈值Y也可以是检测故障、切换至备用策略和运行备用策略需要的时间。例如，检测电动力转向中的错误、切换至差动制动和运行保持车辆在车道中的差动制动操作的时间。

当确定了上面的威胁度量，可以考虑违反约束(例如跨越车道边界)的后果。例如，如果边界外面的区域是危险的(例如迎面而来的车辆)，威胁度量能更保守并且考虑非常罕见的故障(例如假定检测故障的最坏情况下的时间延迟)。在相反的情况下，当边界外面的区域是不危险的(例如草)，威胁度量计算可以制成较低保守。

用于确定安全距离的上述算法可仅在单个(例如，当前的)车辆位置执行。它们也可以在预测的车辆轨迹上被评估，并且然后输出将是例如在不违反安全距离(或例如最大化至安全距离的边距)的预测的纵向位置的或者特定的纵向轨迹和横向轨迹上的一组将来的安全距离。

需要注意的是威胁度量可以取决于车辆方位角(heading angle)是指仅车辆位置可能不足以确定横向距离是否是安全的。

当安全距离已经被确定，转向辅助控制808车辆在弯道中相对于外车道边界的位置使得车辆在距离外车道边界等于或者大于安全距离的一段距离处。

尽管本发明已经参照其具体示例性实施例描述，许多不同的变化，修改等等对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，应该指出的是，系统与方法的一些部分可以以各种方式被省略、互换或布置，该系统和方法还能够执行本发明的功能。

此外，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时根据对附图、公开内容和从属权利要求的研究可理解并实现所公开实施例的变型。在权利要求中，“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一种(an)”不排除复数。某些措施在相互不同的从属权利要求中重复引用这一事实不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.用于车辆中转向辅助的方法，所述方法包括：

识别即将到来的弯道；

检测所述即将到来的弯道的内车道边界和外车道边界；

确定所述车辆和所述外车道边界之间的安全距离；和

控制所述车辆在所述弯道中相对于所述外车道边界的位置使得所述车辆处于距离所述外车道边界等于或者大于所述安全距离的一段距离处。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在进入所述弯道之前在车道中定位所述车辆，使得当所述车辆进入所述弯道时在所述车辆和所述外车道边界之间的距离大于或者等于所述安全距离。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述安全距离被确定为使得所述车辆定位成至所述内车道边界比至所述外车道边界更近。

4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离是基于所述车辆的速度。

5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离是基于所述弯道的曲率。

6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离是基于所述弯道的道路表面条件。

7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离是基于所述道路的倾斜角。

8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离等于或者大于所述车辆的估计的制动距离。

9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离是基于所述外车道边界的特性和/或基于超出所述外车道边界之外的物体的评估。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离基于辅助系统的特性被确定。

11.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括获取所述即将到来的弯道的摄像机图像，并且从所述摄像机图像确定所述车道边界。

12.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述安全距离在进入所述弯道之前被确定并且在整个所述弯道保持恒定。

13.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，确定所述安全距离的所述步骤在进入所述弯道之前和通过整个所述弯道期间被执行。

14.车辆中的转向辅助系统，所述系统包括：

弯道识别模块，其配置为检测即将到来的弯道和识别所述即将到来的弯道的内车道边界和外车道边界；

安全模块，其配置为确定所述车辆和所述外车道边界之间的安全距离；和

车辆定位模块，其配置为控制所述车辆在所述弯道中相对于所述内车道边界和所述外车道边界的位置使得所述车辆处于距离所述外车道边界等于或者大于所述安全距离的位置处。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括配置为检测即将到来的弯道和识别所述弯道的车道边界的至少一个前视摄像机。