CN110893851B - 用于在道路偏离事件中辅助驾驶员的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在道路偏离的事件中辅助主车辆(100)的驾驶员的方法。采集(S102)一组驾驶参数值，其中每个驾驶参数指示车辆的当前驾驶状况参数。基于该组驾驶参数值计算(S104)集合道路偏离值。当道路偏离值超过道路偏离阈值时，调节(S106)车辆的速度或由转向控制系统(202)施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩中的至少一个，直到道路偏离值低于道路偏离阈值。

Description

用于在道路偏离事件中辅助驾驶员的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于在道路偏离的事件中辅助主车辆的驾驶员的方法以及涉及一种对应的驾驶辅助系统。
背景技术
就车辆的结构和对于车辆的控制功能二者而言，今天的车辆关于安全性正变得越来越先进。大多数现代车辆配备有旨在在驾驶过程中辅助驾驶员的先进驾驶员辅助系统。先进驾驶员辅助系统的一个示例是配置成维持车辆的速度的巡航控制。
车道保持系统是先进驾驶员辅助系统的另一个示例。车道保持系统可以被配置成检测道路上相对于车辆的可见车道标记的位置，并且辅助驾驶员将车辆维持在车道标记的安全侧上、在车道内侧。
然而，一旦车辆离开道路，即在道路偏离的事件中，车道保持系统就不起辅助作用。
因此，存在对于在道路偏离的事件中辅助车辆驾驶员以安全的方式控制车辆的需求。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的一个目的是提供一种用于在道路偏离的事件中辅助主车辆的驾驶员的方法。还提供了一种用于车辆的用于在道路偏离的事件中辅助主车辆的驾驶员的驾驶员辅助系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在道路偏离的事件中辅助主车辆的驾驶员的方法，该方法包括：采集一组驾驶参数值，其中每个驾驶参数是对于车辆的当前驾驶状况参数的指示，基于该组驾驶参数值计算集合道路偏离值；并且当道路偏离值超过道路偏离阈值时，调节车辆的速度或由转向控制系统施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩中的至少一个，直到道路偏离值低于道路偏离阈值。
本发明基于以下认识：在道路偏离的事件中，通常情况是发生两种危险中的一种。第一种是驾驶员控制车辆使得车辆超调转向或速度，由此车辆进入相对车道或偏离相对侧上的道路。这通常是这样的情况：对于无经验的驾驶员、在道路上具有意想不到的高抓地力的情形或通常在由驾驶员提供的过度转向角的情况中。第二种危险是驾驶员无法将车辆转向回到其自我车道。这可能由于例如较大的越野侧倾、较高的道路边缘和较差的越野抓地力而发生。
基于以上，本发明基于所述认识为驾驶员提供辅助转向扭矩和/或辅助速度或制动，使得驾驶员可以使车辆返回到安全车道。因此，驾驶员旨在负责车辆行驶路径和速度的主要控制，但是由本发明提供的辅助功能对于避免至少以上两种提到的危险起到缓和作用。
为此，本发明依赖于基于一组驾驶参数值计算集合道路偏离值。从而，驾驶参数的组合用于评估是否要调节车辆的速度或转向角。
根据本发明概念，速度和转向角的调节不是以自主干预方式执行，而是作为与驾驶员对车辆速度和转向的控制相结合的辅助功能。
因此，在本发明概念内，提供了一种辅助系统，其用于在车辆已实际偏离道路的事件中辅助驾驶员以安全的方式将车辆转向回到其自我车道。
根据一个实施例，该方法可以包括确定道路偏离是故意的还是无意的，并且仅在道路偏离是无意的情况下调节车辆的速度或转向扭矩中的至少一个。可能存在道路偏离是故意的情形。例如，驾驶员可能会抄近路，这可能导致故意的道路偏离。从而，有利的是在调节速度或转向扭矩之前首先确认道路偏离是无意的。
根据一个实施例，确定道路偏离是故意的还是无意的可以基于指示对于特定驾驶员的驾驶风格的先前驾驶风格数据，或者基于指示对于多个车辆在特定位置处的行驶路径的历史行驶路径数据。从而，道路偏离的意图的确定可以基于驾驶员特定属性或位置特定属性来确定。从而，可以向控制算法教授驾驶员的驾驶员风格以便判断在实际驾驶情形中道路偏离是否是故意的。另外，可以在车队或车辆上教授控制算法以了解它们中的许多是否倾向于在特定位置处偏离道路。
根据一个实施例，该方法可以包括检测驾驶员启动的驾驶动作；并且还基于驾驶员启动的驾驶动作来调节车辆的速度或转向扭矩中的至少一个。从而，该调节还可以有利地考虑驾驶员的动作。
根据一个实施例，在道路偏离值被确定为低于道路偏离阈值之后，调节车辆的速度或转向扭矩中的至少一个被执行一定的额外余量持续时间(margin time duration)。作为额外的预防措施，在车辆已从道路偏离恢复之后，驾驶员辅助功能还在一定余量时间有效。当车辆从道路偏离恢复时，这为车辆的驾驶员和乘员提供增加的安全性。
根据一个实施例，驾驶参数值可以是指示所测量的驾驶状况参数值是否超过相应阈值的计数。这提供一种有利的方式来调节对于不同单元的驾驶员参数的集合道路偏离值的计算。
根据各实施例，集合道路偏离值可以是计数的加权和。以这种方式，有可能在计算集合道路偏离值时考虑每个确定的驾驶参数值的准确度或各个驾驶参数值的重要性。从而，可以基于相应的所测量的驾驶状况参数的准确度来选择权重。
驾驶状况参数可以是以下中的至少一个：转向系统中的齿条力的时间导数、竖直加加速度、角加加速度、悬架行程能量差、车轮速度的时间导数、纵向加加速度以及车辆关于路面的位置的视觉检测。加加速度总体上是加速度在相应方向上的时间导数。
根据各实施例，该组驾驶状况参数可以包括在与主车辆的碰撞路线上检测到的次级车辆的存在的指示，其中执行调节车辆的速度或转向扭矩中的至少一个以避免与该次级车辆碰撞。避免碰撞为车辆的乘员提供增加的安全性。
根据各实施例，基于该组驾驶参数值计算对于主车辆的安全路径，并且基于所计算的安全路径调节车辆的速度或转向扭矩中的至少一个。安全路径有利地提供车辆的速度或转向扭矩力求朝向其调节的路径。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于车辆的用于在道路偏离的事件中辅助主车辆的驾驶员的驾驶辅助系统，该驾驶辅助系统包括：配置成检测车辆的驾驶状况参数的一组传感器；配置成控制施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩的转向控制系统；用于控制施加到车辆的车轮中的至少一个的推进或制动扭矩的车轮扭矩控制系统；以及车辆控制单元，其被配置成：基于所检测的驾驶状况参数确定一组驾驶参数值；基于该组驾驶参数值计算集合道路偏离值；以及控制转向控制系统和车轮扭矩控制系统中的至少一个以调节车辆的速度或施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩，直到道路偏离值低于道路偏离阈值。
根据一个实施例，该组传感器可以包括图像捕获装置、惯性测量单元和悬架行程传感器中的至少一个。
根据一个实施例，控制单元可以被配置成：基于该组驾驶参数值计算对于主车辆的安全路径，以及控制转向控制系统和车轮扭矩控制系统中的至少一个以基于所计算的安全路径调节车辆的速度和转向扭矩中的至少一个。
控制单元可以包括至少一个微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。
本发明的第二方面的效果和特征很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的那些。
进一步提供了一种车辆，其包括根据上述实施例中的任一个的驾驶辅助系统。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除了下面描述的实施例之外的实施例。
附图说明
现在将参考示出本发明的示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：
图1示出本发明的实施例的示例性应用的示意性概括图；
图2是根据本发明的实施例的驾驶辅助系统的框图；以及
图3是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在本具体实施方式中，描述了根据本发明的系统和方法的各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是为了透彻性和完整性并且向技术人员完全传达本发明的范围而提供的。类似的附图标记始终指代类似的元件。
图1示出本发明的实施例的示例性应用的示意性概括图。驾驶辅助系统被包括在在此所示的在道路102旁边行驶的主车辆100中。道路由外边缘105和107界定。道路在此被示出为具有两个车道：主车辆100的预期自我车道的车道103a以及相对车道103b。
主车辆100包括配置成检测车辆100的驾驶状况参数的一组传感器(未示出)。主车辆100进一步包括用于控制施加到车辆100的车轮中的至少一个的推进或制动扭矩的车轮扭矩控制系统203以及配置成控制施加到车辆100的可转向车轮的转向扭矩的转向控制系统202。
车辆控制单元210被包括在车辆100中并且被配置成控制转向控制系统202和车轮扭矩控制系统203。从而，车辆控制单元210可以经由合适的通信手段(诸如例如CAN总线或无线通信)与转向控制系统202和车轮扭矩控制系统203通信，使得车辆控制单元210可以将控制信号发送到转向控制系统202和车轮扭矩控制系统203。
如图1中示出的，主车辆100已偏离道路102。在这种情况下，车辆100已完全偏离道路，即车辆100的所有车轮都在路面102外侧，然而，这对于本发明的概念不是必要的。
路径104是在道路偏离的事件中可能发生的两种所示危险路径之一。车辆100可能已无意地偏离路面，并且驾驶员可能试图转向回到道路102但是失败。例如，较大的越野侧倾(off-road banking)、较高的道路边缘105以及较差的越野抓地力可能是阻止驾驶员通过他自己/她自己将车辆返回到自我车道103a的状况。相反，车辆100可能无意地和危险地追寻偏离路径104。
作为危险情形的又一个示例是所示出的路径106。路径106对于车辆100的超调(overshoot)控制是典型的，并且可能由例如驾驶车辆100的无经验的驾驶员、道路102上的意料之外的高抓地力或者总体上过度的转向角造成。
相反，利用本发明概念，采集指示对于车辆100的当前驾驶状况的一组驾驶参数值。借助于将集合道路偏离值与阈值进行比较来分析当前驾驶状况使得能够调节车辆的速度或转向扭矩，使得驾驶员可以经由示例性路径108将车辆100安全地返回到自我车道103a，而不偏离或超调车辆路径。
图2是根据本发明的示例实施例的用于车辆的驾驶辅助系统200的框图。系统200包括配置成检测车辆的驾驶状况参数的一组传感器204、206、208。传感器可以包括图像捕获装置204、惯性测量单元206和悬架行程传感器208。
驾驶辅助系统200进一步包括配置成控制施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩的转向控制系统202，以及用于控制施加到车辆的车轮中的至少一个的推进或制动扭矩的车轮扭矩控制系统203。
车辆控制单元210被配置成从传感器204、206、208接收驾驶状况参数数据。基于该数据，车辆控制单元210确定一组驾驶参数值。车辆控制单元210处理该组驾驶参数值以计算与道路偏离阈值进行比较的集合道路偏离值。然后，车辆控制单元210被配置成经由控制信号控制转向控制系统202和/或车轮扭矩控制系统203以调节车辆的速度或施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩中的至少一个，直到道路偏离值低于道路偏离阈值。
在一些实施例中，车辆控制单元210被配置成计算安全驾驶路径，即图1中的路径108，并且控制转向控制系统202和车轮扭矩控制系统203中的至少一个以基于所计算的安全路径调节车辆的速度和转向扭矩中的至少一个。换句话说，车辆的速度和转向扭矩的调节与驾驶员输入一起使得在道路偏离之后辅助驾驶员以安全的方式到达安全路径108。
转向控制系统203可以包括电动辅助的转向系统。从而，车辆控制单元210可以请求通过该电动辅助的转向系统将一定的转向扭矩添加到转向系统。所请求的转向扭矩(Tsteer)可以由下式给出：
Tsteer＝Kp(Aref-Aactual)
其中Kfb是反馈增益因数并且是可调常数，Aref是参考转向角，其关于使车辆沿着安全路径108转向所要求的转向曲线计算，并且Aactual是当前实际转向角。
因此，包括在系统200中的转向控制系统203被配置成通过施加叠加转向扭矩来控制主车辆100的当前路径的曲率。转向扭矩用于使车辆的可转向车轮转动到对应于期望曲率的期望车轮角。
转向控制系统203可以包括控制器，该控制器使用例如车辆模型计算为了遵循所期望的曲率所要求的转向角。另外，转向控制系统203可以包括电机以提供叠加转向扭矩。
接下来，将参考图3中所示的方法步骤的流程图来描述本发明的实施例。
在步骤S102中，采集一组驾驶参数值。每个驾驶参数指示车辆的当前驾驶状况参数。
在步骤S104中基于该组驾驶参数值计算集合道路偏离值。
将道路偏离值与道路偏离阈值进行比较。当道路偏离值超过道路偏离阈值时，在步骤S106中调节车辆的速度或由转向控制系统施加到车辆的可转向车轮的转向扭矩中的至少一个。
现在将通过非限制性示例举例说明本发明。
诸如摄像机的环境传感器可用于检测车辆是否在道路上。如果车辆在道路上，则对应的驾驶参数值d1＝0，否则d1＝1。
车轮速度传感器和/或加速度计(即惯性测量单元的部分)可用于检测车轮的平移加速度和/或车轮速度的当前增加。如果该增加高于阈值，则对应的驾驶参数值d2＝1，否则d2＝0。
可以检测转向系统中的齿条力。如果齿条力的变化(即一定时间范畴期间的时间导数)超过阈值，则对应的驾驶参数值d3＝1，否则d3＝0。
竖直加加速度(即竖直加速度的时间导数)可以用作粗糙道路的指示。从道路偏离将造成可注意到的加加速度。如果在一定时间范畴期间竖直加速度改变超过阈值，则对应的驾驶参数值d4＝1，否则d4＝0。
角加加速度水平可以用作粗糙道路的附加指示。从道路偏离将造成可注意到的加加速度。如果在一定时间范畴期间角加加速度改变(时间导数)超过阈值，则对应的驾驶参数值d5＝1，否则d5＝0。
悬架行程传感器可用于评估道路的粗糙度。车辆一侧上的粗糙道路将意味着悬架左侧与悬架右侧之间的能量水平的显著差异。如果悬架行程差超过阈值，则对应的驾驶参数值d6＝1，否则d6＝0。
在以上示例中，驾驶参数值是指示所测量的驾驶状况参数值是否超过相应阈值的计数。
集合道路偏离值基于驾驶参数值计算。例如，道路偏离值(dtot)总体上可以被计算为：
Figure BDA0002195353600000071
换句话说被计算为加权和。权重w1、w2、w3、w4、w5、w6可以取决于相应的测量方法如何可靠或者相应参数对于道路偏离的评估的相关性。
如果dtot>dthreshold，则车辆被估计为已偏离道路。
可以连续地执行道路偏离值的计算以及与阈值的比较，使得可以适应地继续转向扭矩和车辆速度的调节，直到道路偏离值不再超过阈值。在一些实施例中，在道路偏离值不再超过阈值之后调节继续一定的时间余量。
与车速和转向扭矩的调节并列，检测驾驶员启动的驾驶动作。由车轮扭矩控制系统和转向控制系统增加的速度和车轮扭矩将驾驶员启动的驾驶动作考虑在内。举一些示例，可以通过检测驾驶员启动的车辆可转向车轮的转动或驾驶员启动的方向盘的转动或检测改变的方向盘角速度或检测转向机构中的扭杆扭矩来检测驾驶员启动的驾驶动作。
根据本发明的车辆可以是在道路上操作的任何车辆，例如汽车、卡车、货车、公共汽车等。
车辆控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。本公开的控制功能可以使用现有计算机处理器来实现，或者通过为此目的或另一目的而并入的针对适当系统的专用计算机处理器来实现，或者由硬线系统实现。本公开范围内的各实施例包括程序产品，该程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行的指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器访问的任何可获得的介质。举例来说，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储装置，或者可用于承载或存储期望的程序代码的任何其它介质，该程序代码呈机器可执行的指令或数据结构的形式并且其可以由通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器访问。当通过网络或另一通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)向机器传送或提供信息时，机器将该连接适当地视为机器可读介质。从而，任何这种连接都适当地被称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行的指令包括例如造成通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能的组的指令和数据。
尽管附图可能示出次序，但是各步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。而且两个或更多步骤可以同时或部分同时地执行。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及取决于设计者选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样地，软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述各优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内许多修改和变型是可能的。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足权利要求书中列举的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列举的某些措施的仅有事实并不表明这些措施的组合不能用于获利。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于在道路偏离的事件中辅助主车辆(100)的驾驶员的方法，所述方法包括：
-采集(S102)一组驾驶参数值，其中每个驾驶参数指示所述主车辆的当前驾驶状况参数，
-基于所述一组驾驶参数值计算(S104)集合道路偏离值；以及
-当所述集合道路偏离值超过所述主车辆被估计为已偏离道路的道路偏离阈值时，并且作为响应，调节(S106)所述主车辆的速度或由转向控制系统施加到所述主车辆的可转向车轮的转向扭矩中的至少一个，直到所述集合道路偏离值低于所述道路偏离阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括：
-确定所述道路偏离是故意的还是无意的，
-仅在所述道路偏离是无意的情况下调节所述主车辆的速度或所述转向扭矩中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述道路偏离是故意的还是无意的是基于指示对于特定驾驶员的驾驶风格的先前驾驶风格数据，或者基于指示对于多个车辆在特定位置处的行驶路径的历史行驶路径数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括：
-检测驾驶员启动的驾驶动作；以及
-还基于所述驾驶员启动的驾驶动作来调节所述主车辆的速度或所述转向扭矩中的至少一个。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：
-在所述集合道路偏离值被确定为低于所述道路偏离阈值之后，调节所述主车辆的速度或所述转向扭矩中的至少一个被执行一定的额外余量持续时间。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述驾驶参数值是指示所测量的驾驶状况参数值是否超过相应阈值的计数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述集合道路偏离值是所述计数的加权和。
8.根据权利要求7所述的方法，其中基于相应的所测量的驾驶状况参数的准确度来选择用于计算所述计数的加权和的权重。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述驾驶状况参数是以下中的至少一个：转向系统中的齿条力的时间导数、竖直加加速度、角加加速度、悬架行程能量差、车轮速度的时间导数、纵向加加速度(加速度的时间导数)以及主车辆关于路面的位置的视觉检测。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述驾驶状况参数包括在与所述主车辆的碰撞路线上检测到的次级车辆的存在的指示，其中执行调节所述主车辆的速度或所述转向扭矩中的至少一个以避免与所述次级车辆碰撞。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其包括：
-基于所述一组驾驶参数值计算对于所述主车辆的安全路径，以及
-基于所计算的安全路径调节所述主车辆的速度或所述转向扭矩中的至少一个。
12.一种用于主车辆(100)的用于在道路偏离的事件中辅助所述主车辆的驾驶员的驾驶辅助系统(200)，所述驾驶辅助系统包括：
-一组传感器(204，206，208)，其配置成检测所述主车辆的驾驶状况参数；
-转向控制系统(202)，其配置成控制施加到所述主车辆的可转向车轮的转向扭矩；
-车轮扭矩控制系统(203)，其用于控制施加到所述主车辆的车轮中的至少一个的推进或制动扭矩；以及
-车辆控制单元(210)，其配置成：
-基于所检测的驾驶状况参数确定一组驾驶参数值；
-基于所述一组驾驶参数值计算集合道路偏离值；以及
-当所述集合道路偏离值超过所述主车辆被估计为已偏离道路的道路偏离阈值时，控制所述转向控制系统和所述车轮扭矩控制系统中的至少一个以调节所述主车辆的速度或施加到所述主车辆的可转向车轮的转向扭矩，直到所述集合道路偏离值低于道路偏离阈值。
13.根据权利要求12所述的驾驶辅助系统，其中所述一组传感器包括图像捕获装置、惯性测量单元和悬架行程传感器中的至少一个。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的驾驶辅助系统，其中所述控制单元被配置成：
-基于所述一组驾驶参数值计算对于所述主车辆的安全路径(108)，以及
-控制所述转向控制系统和所述车轮扭矩控制系统中的至少一个以基于所计算的安全路径调节所述主车辆的速度和所述转向扭矩中的至少一个。
15.一种车辆，其包括根据权利要求12至14中任一项所述的驾驶辅助系统。
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