CN109677415A - 用于估计车辆的曲率半径的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于估计车辆的曲率半径的装置和方法。用于估计车辆的曲率半径的装置包括处理器、用于存储在处理器中执行的程序的存储器。程序包括用于基于车辆的偏航率估计车辆的第一曲率半径、基于车辆的横向加速度估计车辆的第二曲率半径、通过结合第一曲率半径和第二曲率半径确定车辆的最终曲率半径的指令。

Description

用于估计车辆的曲率半径的装置和方法
技术领域
本发明涉及车辆，且更具体地，涉及用于估计车辆的曲率半径的装置和方法。
背景技术
通常，当车辆在弯道上行驶或者驾驶员执行转向操作时，可能需要估计移动车辆的曲率半径。移动车辆的曲率半径的估计应必要地应用以实现作为最近优选的车辆便利性的智能巡航控制系统。
在估计车辆的曲率半径的常规技术中，基于车辆的偏航率、驾驶员的转向角、及车辆的速度估计车辆的曲率半径。然而，因为估计车辆的曲率半径的常规技术基于以下假设来实现，即，在大多数情况下车辆的行驶速度变化不大(车辆主要以恒速移动)，当车辆的减速或加速的幅度大时，曲率半径的估计准确度大大地劣化。换言之，因为估计车辆的曲率半径的常规技术可能不考虑车辆在加速或者减速时出现的滑动，所以车辆的估计曲率半径与车辆的实际曲率半径之间的差异很大。
发明内容
因此，本发明一方面提供用于估计车辆的曲率半径的装置和方法，其基于车辆的加速度估计车辆的曲率半径，使得考虑到车辆在减速或加速时的滑动，可准确地估计行驶在弯道上的车辆的曲率半径，并且根据车辆速度的变化，选择性地应用基于车辆的偏航率估计的曲率半径和基于车辆的加速度估计的曲率半径。
本发明的实施方式提供用于估计曲率半径的装置，该装置包括：第一曲率半径计算单元，其被配置为基于车辆的偏航率估计行驶车辆的曲率半径；第二曲率半径计算单元，其被配置为基于车辆的横向加速度估计车辆的曲率半径；及曲率半径确定单元，被配置为通过结合通过第一曲率半径计算单元估计的估计曲率半径和通过第二曲率半径计算单元估计的估计曲率半径确定车辆的最终曲率半径。
根据本发明的实施方式，第一曲率半径计算单元可使用等式基于车辆的偏航率和速度估计曲率半径(ρ指估计的曲率半径，Vx是车辆的速度，及是偏航率)。
根据本发明的实施方式，第二曲率半径计算单元可使用等式基于车辆的横向加速度和车辆的速度估计曲率半径(ρ指估计的曲率半径，Vx指车辆的速度，Ay是车辆的横向加速度)。
根据本发明的实施方式，曲率半径确定单元可通过基于车辆的前进加速度的幅度将第一曲率半径计算单元估计的第一估计曲率半径和第二曲率半径计算单元估计的第二估计曲率半径结合，来确定最终估计的曲率半径。
根据本发明的实施方式，曲率半径确定单元可通过基于车辆的前进加速度的幅度，向第一估计曲率半径和第二估计曲率半径应用权重来确定最终估计曲率半径。
根据本发明的实施方式，当前进加速度的幅度低于预定第一参考值时，权重可以确定为0，当前进加速度的幅度超过预定第二参考值时，可以确定为1，当前进加速度的幅度处于第一参考值至第二参考值的范围内时，可以确定为在0至1的范围中变化，并且曲率半径确定单元可使权重乘以第二估计曲率半径，可使通过从1减去权重获得的值乘以第一估计曲率半径，并且可使两个乘积值相加来确定最终估计曲率半径。
根据本发明的实施方式，当前进加速度的幅度不小于预定参考值时，曲率半径确定单元可将第二估计曲率半径确定为最终估计曲率半径，并且当前进加速度的幅度低于参考值时，可将第一估计曲率半径确定为最终估计曲率半径。
本发明的实施方式还提供用于估计车辆的曲率半径的方法，该方法包括：第一估计步骤，基于车辆的偏航率估计行驶车辆的曲率半径；第二估计步骤，基于车辆的横向加速度估计车辆的曲率半径；并且通过使分别在第一估计步骤和第二估计步骤中估计的估计曲率半径彼此结合，来确定车辆的最终估计曲率半径。
根据本发明的实施方式，因为鉴于车辆的移动轨迹估计车辆的曲率半径，但由于车辆的滑动，该移动轨迹在偏航率上没有反映出来，所以除了基于车辆的偏航率估计的估计曲率半径，甚至考虑到车辆在弯道上行驶时的减速/加速时的滑动，使得可以更准确地估计车辆的曲率半径。
此外，根据本发明的实施方式，因为车辆的最终曲率半径是通过适当地结合基于偏航率估计的曲率半径和考虑到车辆的滑动基于车辆的横向加速度估计的曲率半径确定的，所以根据车辆的行驶状态可以适当地估计曲率半径，而不会有由任何一种技术估计的估计曲率半径上反映的过大的误差。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的框图；
图2是示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的第一曲率半径计算单元的实例的框图；
图3示出在车辆在弯道上行驶时出现滑动的实例，以说明根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置；以及
图4示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的曲率半径确定单元中应用的权重的实例。
具体实施方式
本发明涉及用于估计车辆的曲率半径的装置和方法，且更具体地，涉及用于估计车辆的曲率半径的装置和方法，其通过选择性地应用基于车辆的偏航率计算的车辆的曲率半径以及基于车辆的加速度计算的车辆的曲率半径可准确估计车辆转动的曲率半径。
在下文中，将参考附图更详细地描述根据各种实施方式的车辆曲率半径估计装置和方法。
图1是示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的框图。
参考图1，车辆曲率半径估计装置可包括：第一曲率半径计算单元10，其被配置为基于车辆的偏航率、驾驶员的转向角、及车辆的速度估计行驶车辆的曲率半径；第二曲率半径计算单元20，被配置为基于车辆的速度和车辆的横向加速度估计车辆的曲率半径；及曲率半径确定单元30，被配置为通过基于车辆的前进加速度将通过第一曲率半径计算单元10估计的估计曲率半径和通过第二曲率半径计算单元20估计的估计曲率半径彼此结合，来确定行驶车辆的最终曲率半径。
第一曲率半径计算单元10可基于车辆的偏航率估计曲率半径。在车辆中出现与相对于在弯道上行驶的车辆的中心的左转弯/右转弯对应的偏航，并且可基于偏航变化的程度估计车辆的曲率半径。例如，当偏航率相对大时，造成急剧转弯，并且因此，曲率半径小。此外，当偏航率相对小时，造成平缓的转弯，并且因此，曲率半径相对大。
第一曲率半径计算单元10可通过应用根据相关技术的各种基于偏航率的曲率半径估计技术，来估计曲率半径。
图2是示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的第一曲率半径计算单元的实例的框图。
参考图2，第一曲率半径计算单元10可通过使用偏航率γ、车辆的速度Vx、及驾驶员的转向角δ来估计曲率半径。
偏航率可以提供为具有通过车辆中安装的传感器检测的偏航率的值的信号。通过使用根据情况具有不同反应的两个滤波器(第一滤波器11和第二滤波器12)过滤的偏航率可以用作偏航率信号。以这种方法，使用多个滤波器反映了在实际的道路上，偏航率信号高灵敏度地受行驶情况的影响(道路表面的状况和粗糙度、驾驶员的转向操作等)。
例如，当驾驶员输入转向操作时，通过使用反应快的滤波器(在此，第一滤波器11)处理偏航率信号，因此偏航率信号对弯道的曲率半径的变化敏感。与此相反，当驾驶员没有输入转向操作时，通过使用被处理为对诸如道路表面的外部环境不敏感的信号估计曲率半径，通过使用反应相对慢的滤波器(在此，第二滤波器12)来进行所述处理。
应用于第一曲率半径计算单元10的滤波器11和12可基于卡尔曼滤波器，如等式(1)中表示的。在此，通过使用车辆的偏航率信号和偏航率信号的概率特征确定估计值。反应快的滤波器11被设计成具有大的更新增益K，而反应慢的滤波器12被设计成具有小的更新增益K。
在此，z(k)指偏航率速度(测量值)，及指偏航率的测量值。
权重应用单元15根据驾驶员的转向角应用权重。根据驾驶员的转向角的幅度，权重可以确定在0至1的范围中。例如，当驾驶员的转向角的幅度低于第一参考值时，权重是1；当转向角的幅度超过大于第一参考值的第二参考值时，权重是0；并且当转向角的幅度不小于第一参考值并且不大于第二参考值时，权重在0至1的范围中线性地变化。
驾驶员的转向角可以通过设置在车辆的方向盘系统中的传感器获得，并且可以取得转向角的绝对值并将其应用于确定权重。
权重应用单元15计算应用权重的偏航率信号，并且此时，基于根据权重确定的不同滤波器的输出值的偏转程度计算偏航率信号。当在驾驶员的转向角大的情况下权重应用单元15将权重设置为变得更小时，最终的偏航率可以确定为{(1-权重)*偏航率1+(权重)*偏航率2)}(在此，偏航率1是由反应快的第一滤波器11处理的偏航率，并且偏航率2是由反应慢的第二滤波器12处理的偏航率)，这由等式(2)表示。
在此，下标1和2分别指第一滤波器和第二滤波器，并且W指根据如上所述转向角确定的权重。
曲率半径计算单元17可通过使用等式(3)确定曲率半径。
在等式(3)中，ρ指第一估计曲率半径，并且Vx指车辆的速度。
以这种方法，第一曲率半径计算单元10可基于车辆的偏航率和车辆的速度估计车辆的曲率半径。通过曲率半径计算单元10估计的曲率半径是基于车辆没有出现滑动并且车辆根据驾驶员输入的转向角移动的假设估计的。
然而，在实际车辆行驶环境中，当车辆在弯道上行驶时，根据道路状况、车辆的机械状况、及车辆速度的变化，诸如加速或减速(即，转向不足或者转向过度)出现车辆的滑动。在该情况下，因为车辆的转动路径甚至在相同的偏航率下彼此也是不同的，所以车辆的曲率半径可能较大或较小。
图3示出在弯道上行驶的车辆出现滑动的实例。
在图3中，参考标号“P”指车辆的移动路径，X轴指车辆的前向，Y轴指车辆的侧向，及箭头指车辆的瞬时移动方向，即，移动路径“P”上的一点处的切线方向。当车辆应当沿着路径“P”移动而没有滑动时，X轴和箭头应当是相同方向上的直线。然而，当如图3所示，车辆出现滑动时，出现由于滑动导致角度相差角度β。即，因为通过设置在车辆中的偏航传感器测量的偏航率不能反映角度β，所以仅基于偏航率的车辆的曲率半径的估计不能反映车辆的滑动。
根据本发明的各种实施方式的车辆曲率半径估计装置进一步包括第二曲率半径计算单元20，其被配置为考虑到车辆的曲率半径的变化，基于车辆的横向加速度另外估计曲率半径，其不反映这种偏航率。
根据运动学关系，通过对y轴方向上的速度变化率与x轴方向上的速度乘以偏航率γ求和可以获得移动对象(诸如图3中示出的车辆的)在y轴方向上的加速度(横向加速度)。在此，y轴方向上的速度变化率可以替换为通过使x轴方向上的速度乘以角速度变化率获得的值。这种关系可以用等式(4)表示。
Ay指Y轴方向上的加速，Vx是y轴方向上的速度，是y轴方向上的速度变化率，及是角速度。
当等式(3)中反映出通过向偏航率增加滑动的角速度获得的值时，可以从等式(5)中得出通过考虑通过滑动导致的角度的变化获得的估计的曲率半径。
同时，当等式(4)中的两边除以Vx的平方时，得出等式(6)，并且可以得出等式(7)中表示的第二曲率半径计算单元20通过等式(5)和(6)估计的曲率半径。
如等式(7)中表示的，第二曲率半径计算单元20可通过使用车辆的横向加速度Ay和车辆的前进速度Vx(即，车辆的速度表测量的速度)估计曲率半径。在此，车辆的横向加速度Ay和车辆的速度Vx可以分别通过安装在车辆中的加速传感器(陀螺仪传感器)和速度表容易得出。
曲率半径确定单元30可通过基于车辆的前进加速度结合第一曲率半径计算单元10基于偏航率估计的第一估计曲率半径和第二曲率半径计算单元20基于横向加速度估计的第二估计曲率半径来确定最终估计的曲率半径。
因为在车辆的速度变化时，车辆出现滑动，所以曲率半径确定单元30可通过基于车辆的前进加速度Ax的幅度向第一估计曲率半径和第二估计曲率半径应用权重来确定最终估计曲率半径。
图4示出了根据本发明的实施方式的车辆曲率半径估计装置的曲率半径确定单元中应用的权重的实例。
如图4所示，当前进加速度的幅度低于预定第一参考值m时，曲率半径确定单元30中应用的权重可以确定为0，当前进加速度的幅度超过预定第二参考值n时，可以确定为1，并且当前进加速度的幅度处于第一参考值m至第二参考值n的范围中时，可以确定为在0至1的范围中线性地变化。
因为如图4所示的权重随着前进加速度变得越大而变得越大，权重按照原样乘以第二估计曲率半径，通过从1减去权重获得的值乘以第一估计曲率半径，并且使两个乘积值相加来确定最终的曲率半径。
除了应用权重的方案，曲率半径确定单元30在前进加速度的幅度不小于预定参考值时，可将第二估计曲率半径确定为最终估计曲率半径，当前进加速度的幅度低于预定参考值时，可将第一估计曲率半径确定为最终估计曲率半径。
以这种方法，可将最后确定的估计曲率半径应用于车辆的巡航控制系统、智能巡航控制系统、或者车辆的自主导航系统。
本发明可提供估计车辆的曲率半径的方法，该方法通过用于估计车辆的曲率半径的上述装置实现。
用于根据本发明的实施方式估计车辆的曲率半径的方法可包括：第一估计步骤，通过第一曲率半径计算单元10基于车辆的偏航率估计行驶车辆的曲率半径；第二估计步骤，通过第二曲率半径计算单元20基于车辆的横向加速度估计车辆的曲率半径；并且曲率半径确定单元30通过结合第一估计步骤和第二估计步骤确定的估计曲率半径，确定车辆的最终估计曲率半径。
在此，第一估计步骤可包括由上述第一曲率半径计算单元10执行的各种数据处理过程，第二估计步骤可包括由上述第二曲率半径计算单元20执行的数据处理过程，并且确定最终的估计曲率半径还可包括由上述曲率半径确定单元30执行的数据处理过程。
如上所述，在根据本发明的各种实施方式用于估计车辆的曲率半径的装置和方法中，因为鉴于车辆的移动轨迹估计车辆的曲率半径，但由于车辆的滑动，该移动轨迹在偏航率上没有反映出来，因此除了通过车辆的偏航率估计的估计曲率半径，甚至考虑到在车辆在弯道上行驶时的减速/加速时的滑动，可以更准确地估计车辆的曲率半径。
此外，在本发明的实施方式中，因为车辆的最终曲率半径是通过适当地结合基于偏航率估计的曲率半径和考虑到车辆的滑动基于车辆的横向加速度估计的曲率半径来确定的，所以可以根据车辆的驾驶状态正确地估计曲率半径，不会有在通过任何一种技术估计的估计曲率半径上反映出的过大的误差。
本文中描述的实施方式可以在硬件和/或软件中实现。例如，以上描述的计算、确定、权重应用单元、滤波器和第二滤波器可以实现为存储在非暂时存储器中并且在诸如CPU、微处理器、信号处理器、图形处理器等的数据处理器上运行的软件。
尽管上文已经示出并描述了本发明的具体实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离所附权利要求提供的本发明的技术精神的前提下，可对本发明进行各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种用于估计车辆的曲率半径的装置，所述装置包括：
第一曲率半径计算单元，被配置为基于所述车辆的偏航率估计所述车辆的第一曲率半径；
第二曲率半径计算单元，被配置为基于所述车辆的横向加速度估计所述车辆的第二曲率半径；以及
曲率半径确定单元，被配置为通过结合通过所述第一曲率半径计算单元估计的所述第一曲率半径和通过所述第二曲率半径计算单元估计的所述第二曲率半径确定所述车辆的最终曲率半径。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一曲率半径计算单元使用等式基于所述车辆的偏航率和所述车辆的速度估计所述第一曲率半径，
其中，ρ指估计的所述第一曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及指所述偏航率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二曲率半径计算单元使用等式基于所述车辆的横向加速度和所述车辆的速度估计所述第二曲率半径，
其中，ρ指所估计的第二曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及Ay指所述车辆的横向加速度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述曲率半径确定单元通过基于所述车辆的前进加速度的幅度结合由所述第一曲率半径计算单元估计的所述第一曲率半径和由所述第二曲率半径计算单元估计的所述第二曲率半径来确定所述最终曲率半径。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述曲率半径确定单元通过基于所述车辆的前进加速度的幅度向所述第一曲率半径和所述第二曲率半径应用权重来确定所述最终曲率半径。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，当所述前进加速度的幅度低于预定第一参考值时，所述权重确定为0，其中，当所述前进加速度的幅度超过预定第二参考值时，所述权重确定为1，并且其中，当所述前进加速度的幅度处于所述预定第一参考值至所述预定第二参考值的范围内时，所述权重确定为在0至1的范围中线性变化，以及
其中，所述曲率半径确定单元使所述权重乘以所述第二曲率半径以获得第一乘积值，使通过从1减去所述权重获得的值乘以所述第一曲率半径以获得第二乘积值，并使所述第一乘积值和所述第二乘积值相加以确定所述最终曲率半径。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述曲率半径确定单元在所述前进加速度的幅度不小于预定参考值时，将所述第二曲率半径确定为所述最终曲率半径，在所述前进加速度的幅度低于所述预定参考值时，将所述第一曲率半径确定为所述最终曲率半径。
8.一种用于估计车辆的曲率半径的方法，所述方法包括：
第一估计步骤，基于所述车辆的偏航率估计所述车辆的第一曲率半径；
第二估计步骤，基于所述车辆的横向加速度估计所述车辆的第二曲率半径；以及
通过使分别在所述第一估计步骤和所述第二估计步骤中估计的所述第一曲率半径和所述第二曲率半径彼此结合，来确定所述车辆的最终曲率半径。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述第一估计步骤中，使用等式基于所述车辆的所述偏航率和所述车辆的速度估计所述第一曲率半径，
其中，ρ指估计的所述第一曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及指所述偏航率。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述第二估计步骤中，使用等式基于所述车辆的所述横向加速度和所述车辆的速度估计所述第二曲率半径，
其中，ρ指估计的所述第二曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及Ay指所述车辆的横向加速度。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，在确定所述车辆的所述最终曲率半径中，通过结合所述第一估计步骤中估计的所述第一曲率半径和所述第二估计步骤中估计的所述第二曲率半径确定所述最终曲率半径。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在确定所述车辆的最终曲率半径中，通过基于所述车辆的前进加速度的幅度向所述第一曲率半径和所述第二曲率半径应用权重确定所述最终曲率半径。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当所述前进加速度的幅度低于预定第一参考值时，所述权重确定为0，其中，当所述前进加速度的幅度超过预定第二参考值时，所述权重确定为1，并且其中，当所述前进加速度的幅度处于所述预定第一参考值至所述预定第二参考值的范围内时，所述权重确定为在0至1的范围中线性变化，以及
其中，在确定所述车辆的所述最终曲率半径中，所述权重乘以所述第二曲率半径以获得第一乘积值，通过从1减去所述权重获得的值乘以所述第一曲率半径以获得第二乘积值，并且所述第一乘积值和所述第二乘积值相加以确定所述最终曲率半径。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在确定所述车辆的最终估计曲率半径中，当所述车辆的前进加速度的幅度不小于预定参考值时，将所述第二曲率半径确定为所述最终曲率半径，当所述前进加速度的幅度低于所述预定参考值时，将所述第一曲率半径确定为所述最终曲率半径。
15.一种用于估计车辆的曲率半径的装置，所述装置包括：
处理器；
存储器，用于存储将由所述处理器执行的程序，所述程序包括用于执行以下操作的指令：
基于所述车辆的偏航率估计所述车辆的第一曲率半径；
基于所述车辆的横向加速度估计所述车辆的第二曲率半径；并且
通过结合所述第一曲率半径和所述第二曲率半径确定所述车辆的最终曲率半径。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，基于所述偏航率估计所述车辆的第一曲率半径包括使用等式基于所述车辆的偏航率和所述车辆的速度估计所述第一曲率半径，
其中，ρ指所估计的所述第一曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及指所述偏航率。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，基于所述横向加速度估计所述车辆的第二曲率半径包括使用等式基于所述车辆的横向加速度和所述车辆的速度估计所述第二曲率半径，
其中，ρ指所估计的所述第二曲率半径，Vx指所述车辆的速度，及Ay指所述车辆的横向加速度。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，确定所述最终曲率半径包括基于所述车辆的前进加速度的幅度结合所述第一曲率半径和所述第二曲率半径。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，确定所述最终曲率半径包括基于所述车辆的前进加速度的幅度向所述第一曲率半径和所述第二曲率半径应用权重来确定所述最终曲率半径。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，当所述前进加速度的幅度低于预定第一参考值时，所述权重确定为0，其中，当所述前进加速度的幅度超过预定第二参考值时，所述权重确定为1，并且其中，当所述前进加速度的幅度在所述预定第一参考值至所述预定第二参考值的范围中时，所述权重确定为在0至1的范围中线性变化，并且
其中，确定所述最终曲率半径进一步包括使所述权重乘以所述第二曲率半径以获得第一乘积值，使通过从1减去所述权重获得的值乘以所述第一曲率半径以获得第二乘积值，并使所述第一乘积值和所述第二乘积值相加以确定所述最终曲率半径。
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