CN108466617A - 一种车道保持系统及车道保持控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车道保持控制方法，包括：当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。本发明具有较合理的人机协同控制机制，保证在对车辆进行操控时，仅对驾驶员进行辅助而不会干扰其正常操作。

Description

一种车道保持系统及车道保持控制方法

技术领域

本发明涉及一种车道保持系统，具体地涉及一种具有人机协同控制机制的车道保持系统及车道保持控制方法。

背景技术

据统计，在所有机动车事故中，由于车道偏离而造成的交通事故占所有交通事故的百分之二十，车道偏离事故已经严重影响了人们的生命财产安全。因此，近年来国内外许多研究机构开始致力于车道保持系统的研究。

中国专利文献CN 103287429公开了一种车道保持控制方法，包括如下步骤：接收车道保持开关开启信号；收集路况信息及车体信息，并根据该路况信息及车体信息控制主动转向系统对车辆的行进方向进行调整；在上述对车辆的行进方向进行调整的过程中，若接收到操作切换信号，则关闭车道保持系统，转由驾驶员控制车辆行驶；若接收到驾驶员对方向盘施加转矩的转矩信号，则控制所述主动转向系统将该转矩抵消。但是其不能协调好人机关系，可能会出现以下问题：驾驶员期望转向时，控制器会产生一个附加力矩避免车辆偏离原路径，驾驶员转向需要克服较大的阻力，甚至出现无法实现换道的情况，影响驾驶感受同时也不利于驾驶员处理紧急情况；为了避免车道保持系统对驾驶员操作产生干扰关闭车道保持系统，一旦驾驶员出现误操作，车辆驶离原车道时，车道保持系统不能发挥其作用，产生交通事故。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种车道保持系统及车道保持控制方法，具有较合理的人机协同控制机制，协调在车道保持过程中人与车道保持系统之间的关系，保证在人对车辆进行操控时，车道保持系统仅对驾驶员进行辅助而不会干扰其正常操作。

本发明的技术方案是：

一种车道保持控制方法，包括以下步骤：

S01：当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；

S02：当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；

S03：当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。

优选的技术方案中，若检测到车道线不清晰，关闭车道保持系统。

优选的技术方案中，当车辆速度大于设定速度阈值且转向灯未开启时，开启车道保持系统。

优选的技术方案中，所述步骤S02中计算修正力矩包括，根据获得的车道信息、车辆信息以及驾驶员信息计算修正力矩，该修正力矩与电动转向系统中的电动助力进行叠加，形成叠加力矩作用在转向盘上。

优选的技术方案中，所述步骤S03中当车辆发生车道偏离时，计算横向偏移距离x，若横向偏离距离x小于第一阈值x₀，提供修正力矩，使车辆回到原车道线附近；若横向偏离距离x大于第一阈值x₀且小于第二阈值x₁，发出车道偏离警示，提醒驾驶员返回目标车道；若横向偏移距离x大于第二阈值x₁，主动控制车辆回到目标车道。

优选的技术方案中，所述步骤S02中若车辆发生偏离大于第三阈值时，取消修正力矩。

本发明还公开了一种车道保持系统，包括：

一驾驶员操作状态辨识模块，当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；

一第一执行模块，当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；

一第二执行模块，当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。

优选的技术方案中，若检测到车道线不清晰，关闭车道保持系统。

优选的技术方案中，所述第一执行模块计算修正力矩包括，根据获得的车道信息、车辆信息以及驾驶员信息计算修正力矩，该修正力矩与电动转向系统中的电动助力进行叠加，形成叠加力矩作用在转向盘上。

优选的技术方案中，所述第二执行模块中当车辆发生车道偏离时，计算横向偏移距离x，若横向偏离距离x小于第一阈值x₀，提供修正力矩，使车辆回到原车道线附近；若横向偏离距离x大于第一阈值x₀且小于第二阈值x₁，发出车道偏离警示，提醒驾驶员返回目标车道；若横向偏移距离x大于第二阈值x₁，主动控制车辆回到目标车道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有较合理的人机协同控制机制，协调在车道保持过程中人与车道保持系统之间的关系，驾驶员具有高优先级，保证在人对车辆进行操控时，车道保持系统仅对驾驶员进行辅助而不能干扰其正常操作。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明车道保持控制方法的流程图；

图2是本发明车道保持系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

如图1所示，本发明的一种车道保持控制方法，包括以下步骤：

S01：当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；

S02：当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；

S03：当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。

上述的车道保持控制方法集成于车道保持系统的控制模块内部，车道保持系统包括车道保持开关、车道识别装置、车体信息收集装置和车道保持控制装置。

车道保持开关，用于开启或关闭该车道保持系统。

车道识别装置包括摄像头和图像处理器，用于采集车辆行驶的路况信息并通过CAN发送给车道保持控制装置。在此过程中，摄像头摄取道路路况信息输送至图像处理器，图像处理器识别出车辆两侧的车道线并计算出车辆行进方向与车道线的偏移转角及车辆与两侧车道线之间的距离，并通过CAN通讯传送至车道保持控制装置。

车体信息收集装置可以包括车速传感器、转速传感器等等，用于采集车体信息发送给车道保持控制装置。

车道保持控制装置，包括控制模块，集成控制算法，用于控制车辆在目标车道内行驶。

如图2所示，该车道保持系统具有两级开关，在手动打开开关以后，若测得车道线不清晰或车辆的行驶车速低于阈值，则车道保持系统依旧处于未激活状态，只有车道线清晰且车速高于阈值情况下，LKAS系统进入准备工作状态。

继续判断转向灯是否打开，若转向灯打开，则说明驾驶员有意识操控车辆转向，在此情况下，车辆发生车道偏离，车道保持系统不工作。当车辆速度大于设定速度阈值且转向灯未开启时，开启车道保持系统。

在驾驶员有意识地操控转向盘时，一般车辆都在理想车道线附近，不会发生大幅度偏离车道线以至于产生交通事故。在此情况下，若车辆未发生偏离，则电动转向系统工作在常规助力转向模式下，提供转向助力；若车辆发生偏离，车道保持系统的作用主要是产生一修正个力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘，并向返回车道方向提供助力。这种控制方式减轻了驾驶员的负担，对驾驶员操控方向盘起到引导作用，驾驶员仅提供较小的力就可以轻松保持车辆行驶于道路中线区域。这个修正力矩的形成过程如下：车道保持系统的控制模块获得车道信息、车辆信息以及驾驶员信息，根据获得的信息产生一个修正力矩，该修正力矩与车上EPS中的电动助力进行叠加，最终形成一个叠加力矩作用在转向盘上。车道保持系统在车道保持模式与助力转向模式都会先计算得到ESP中电机的控制电压，达到协调控制的目的。

在驾驶员无意识操纵方向盘时，该工况为危险工况，车辆甚至会在未打开转向灯的情况下驶出车道，在高速公路上极易发生事故。在驾驶员无意识操纵方向盘时，在车辆未发生偏离时，LKAS系统给予警示，提醒驾驶员操控方向盘。在车辆发生车道偏离时，主要有一下三种情况：①横向偏离距离x小于x₀，此时车辆车道偏离较小，LKAS系统提供较小的修正力矩，使车辆回到原车道线附近；②横向偏离距离x大于x₀但是小于x₁，此时车辆偏离距离较大，为了避免车辆继续偏离车道，车辆发出车道偏离警示（警示灯/声音报警），提醒驾驶员返回目标车道；③横向偏移距离x大于x₁，此时仍未检测到驾驶员操作转向盘的力，则LKAS系统获得主动权，主动控制车辆回到目标车道。

车辆偏离原车道后，可以采取方向盘角控制和方向盘力矩控制两种修正手段，方向盘角控制即为当车辆偏离车道时，直接改变方向盘转角，将车辆自动驶回期望路线，该方法可以直接有效地实现车辆车道保持，但是系统有时会违背驾驶员意图，驾驶员的驾驶感受较差；方向盘的力矩控制并非直接转动方向盘，而是通过在车辆偏离方向的反方向叠加一个力矩（施加在方向盘上的修正力矩），使得驾驶员向偏离方向转动方向盘更加困难，向驶回车道方向转动方向盘更为省力，该方法的缺点是不如转角控制直接有效，但是却保留了驾驶员操作的最高优先级，实现良好的人机交互。在本发明中，选用方向盘力矩控制为转向修正手段。

车辆偏离车道越严重，则作用于方向盘的修正力矩越大，但是车辆严重越过车道边界标线时，此时可能为紧急状况转向，方向盘的修正力道自动消失。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种车道保持控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；

S02：当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；

S03：当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。

2.根据权利要求1所述的车道保持控制方法，其特征在于，若检测到车道线不清晰，关闭车道保持系统。

3.根据权利要求1所述的车道保持控制方法，其特征在于，当车辆速度大于设定速度阈值且转向灯未开启时，开启车道保持系统。

4.根据权利要求1所述的车道保持控制方法，其特征在于，所述步骤S02中计算修正力矩包括，根据获得的车道信息、车辆信息以及驾驶员信息计算修正力矩，该修正力矩与电动转向系统中的电动助力进行叠加，形成叠加力矩作用在转向盘上。

5.根据权利要求1所述的车道保持控制方法，其特征在于，所述步骤S03中当车辆发生车道偏离时，计算横向偏移距离x，若横向偏离距离x小于第一阈值x₀，提供修正力矩，使车辆回到原车道线附近；若横向偏离距离x大于第一阈值x₀且小于第二阈值x₁，发出车道偏离警示，提醒驾驶员返回目标车道；若横向偏移距离x大于第二阈值x₁，主动控制车辆回到目标车道。

6.根据权利要求1所述的车道保持控制方法，其特征在于，所述步骤S02中若车辆发生偏离大于第三阈值时，取消修正力矩。

7.一种车道保持系统，其特征在于，包括：

一驾驶员操作状态辨识模块，当车道保持系统工作时，根据转向盘力矩信号辨识驾驶员操作状态，当驾驶员作用在转向盘上的力矩高于阈值时，判断驾驶员有意识操纵转向盘；否则，判断驾驶员脱管转向盘；

一第一执行模块，当驾驶员有意识操控转向盘时，若车辆未发生偏离，车道保持系统不工作；若车辆发生偏离，计算修正力矩，该修正力矩阻碍驾驶员向偏离方向转动方向盘；

一第二执行模块，当驾驶员脱管转向盘时，当车辆未发生偏离时，通过语音系统提醒驾驶员；当车辆发生车道偏离时，发出车道偏离预警并且主动控制方向盘，使车辆回到目标车道。

8.根据权利要求7所述的车道保持系统，其特征在于，若检测到车道线不清晰，关闭车道保持系统。

9.根据权利要求7所述的车道保持系统，其特征在于，所述第一执行模块计算修正力矩包括，根据获得的车道信息、车辆信息以及驾驶员信息计算修正力矩，该修正力矩与电动转向系统中的电动助力进行叠加，形成叠加力矩作用在转向盘上。

10.根据权利要求7所述的车道保持系统，其特征在于，所述第二执行模块中当车辆发生车道偏离时，计算横向偏移距离x，若横向偏离距离x小于第一阈值x₀，提供修正力矩，使车辆回到原车道线附近；若横向偏离距离x大于第一阈值x₀且小于第二阈值x₁，发出车道偏离警示，提醒驾驶员返回目标车道；若横向偏移距离x大于第二阈值x₁，主动控制车辆回到目标车道。