CN110949382A - 一种车道保持辅助系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆安全控制技术领域。本发明公开了一种车道保持辅助系统和方法，其中，车道保持辅助系统包括检测模块、车道保持控制器和车道保持执行模块，所述检测模块用于检测车道信息并传输给车道保持控制器，所述车道保持执行模块的控制端输入端接车道保持控制器的控制输出端，所述车道保持执行模块包括左前轮比例电磁阀、右前轮比例电磁阀、左前轮制动气室和右前轮制动气室，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的控制输入端分别与车道保持控制器的控制输出端连接，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀用于分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，从而分别控制左前轮和右前轮的轮速以产生轮速差进行转向而实现车道保持。

Description

一种车道保持辅助系统和方法

技术领域

本发明属于车辆安全控制技术领域，具体地涉及一种适用于采用气动制动的车辆的车道保持辅助系统和方法。

背景技术

交通安全日益成为人类社会的一个焦点，在交通事故中，很多车事故的祸因都是司机的疲劳驾驶或其他不当操作。商用车是一种生产工具，为了产生更大的效益，驾驶员追求的是多拉快跑，容易进入疲劳驾驶状态，在司机疲劳驾驶或者注意力没有集中进行驾驶时，极易出现车道偏离现象而导致交通事故，因此，需要一种可靠的车道保持技术来规避危险，提高商用车驾驶的安全性。在《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2017)中，也明确强调车长大于11米的公路客车和旅游客车应装备符合标准规定的车道保持辅助(LKA)系统，相应车辆的LKA系统强制安装时间点在2022年2月1日。

现有的车道保持辅助系统的车道保持执行模块都是采用电动助力转向系统来实现的，如公开专利：CN 105711588B公开的车道保持辅助系统，其存在的缺点是：需要增加较多辅助器件(如转向电机等)，结构较复杂，改造量较大，成本高，且控制比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车道保持辅助系统和方法用于解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车道保持辅助系统，包括检测模块、车道保持控制器和车道保持执行模块，所述检测模块用于检测车道信息并传输给车道保持控制器，所述车道保持执行模块的控制端输入端接车道保持控制器的控制输出端，所述车道保持执行模块包括左前轮比例电磁阀、右前轮比例电磁阀、左前轮制动气室和右前轮制动气室，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的控制输入端分别与车道保持控制器的控制输出端连接，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀用于分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，从而分别控制左前轮和右前轮的轮速以产生轮速差进行转向而实现车道保持。

进一步的，还包括左前轮轮速传感器和右前轮轮速传感器，所述左前轮轮速传感器和右前轮轮速传感器分别用于检测左前轮和右前轮的轮速并输出给车道保持控制器。

进一步的，还包括左气压传感器和右气压传感器，所述左气压传感器和右气压传感器分别用于检测左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，所述左气压传感器和右气压传感器的输出端分别与车道保持控制器的输入端连接。

进一步的，还包括转角传感器，所述转角传感器用于检测左前轮和/或右前轮的转向角度并输出给车道保持控制器。

进一步的，所述检测模块包括摄像头，所述摄像头用于采集车道信息并传输给车道保持控制器。

更进一步的，所述检测模块还包括雷达，所述雷达用于采集车辆的行车环境信息并传输给车道保持控制器。

进一步的，还包括方向盘扭矩传感器，所述方向盘扭矩传感器用于检测方向盘的转向扭矩并传输给车道保持控制器。

进一步的，所述车道保持控制器还与车辆的CAN总线通信连接，用于获取车辆相关信号。

更进一步的，所述车辆相关信号包括车速信号、左右转向灯信号、刹车信号和油门信号。

本发明还提供了一种车道保持辅助方法，包括以下步骤：

S1，检测车辆是否偏离车道，若是，则进入步骤S2；

S2，控制左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的开度，以分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，从而分别控制左前轮和右前轮的轮速以产生轮速差进行相应地转向而实现车道保持。

本发明的有益技术效果：

本发明充分利用了车辆原有的气制动系统来实现车道保持，需增加的辅助器件少，装置简单，改造量小，易于实现，成本低，且控制简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例的车道保持辅助系统的结构框图；

图2为本发明具体实施例的工作流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明公开了一种车道保持辅助方法，适用于采用气动制动的车辆，如商用车，包括以下步骤：

S1，检测车辆是否偏离车道，若是，则进入步骤S2；

S2，控制左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的相应开度，以分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的相应压力，从而分别控制左前轮和右前轮的相应轮速以产生轮速差进行相应地转向而实现车道保持。

本发明还公开了一种基于上述车道保持辅助方法的车道保持辅助(LKA)系统，如图1所示，包括检测模块、车道保持控制器1和车道保持执行模块，所述检测模块用于检测车道信息并传输给车道保持控制器1，所述车道保持执行模块的控制端输入端接车道保持控制器1的控制输出端。

所述车道保持执行模块包括左前轮比例电磁阀21、右前轮比例电磁阀22、左前轮制动气室31和右前轮制动气室32，所述左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22的控制输入端分别与车道保持控制器1的控制输出端连接，由车道保持控制器1控制其开度，所述左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22用于分别控制左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的压力，从而分别控制左前轮41和右前轮42的轮速以产生轮速差进行转向而实现车道保持。

本具体实施例中，左前轮比例电磁阀21、右前轮比例电磁阀22、左前轮制动气室31和右前轮制动气室32优选采用气制动的车辆现有的部件，无需改造，易于实现，成本低，左前轮比例电磁阀21、右前轮比例电磁阀22、左前轮制动气室31和右前轮制动气室32具体结构可以参考现有技术，此不再细说。

本具体实施例中，车道保持控制器1优选采用单片机来实现，易于实现，体积小，成本低，但并不以此为限。

进一步的，本实施例中，还包括左气压传感器61和右气压传感器62，所述左气压传感器61和右气压传感器62分别用于检测左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的压力，所述左气压传感器61和右气压传感器62的输出端分别与车道保持控制器1的输入端连接。在车道保持控制器1控制左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22时，通过左气压传感器61和右气压传感器62采集左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的压力数据做为车道保持控制器1输出的反馈数据，使得车道保持控制器1可以对左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22的开度进行精准控制，进而对左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的气压进行精准控制。

本具体实施例中，左气压传感器61和右气压传感器62采用型号为WABCO441044的气压传感器，但并不以此为限。

进一步的，本实施例中，还包括左前轮轮速传感器51和右前轮轮速传感器52，所述左前轮轮速传感器51和右前轮轮速传感器52分别用于检测左前轮41和右前轮42的轮速并输出给车道保持控制器1。在车道保持控制器1控制左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的气压进而控制左前轮41和右前轮42的轮速时，通过采集左前轮轮速传感器51和右前轮轮速传感器52的数据做为轮速控制的反馈数据，使得车道保持控制器1可以对左前轮41和右前轮42的轮速进行精准控制。

所述左前轮轮速传感器51和右前轮轮速传感器52可以采用电磁式轮速传感器或霍尔式轮速传感器等来实现。本具体实施例中，左前轮轮速传感器51和右前轮轮速传感器52采用型号为WABCO 441032的轮速传感器，但并不以此为限。

进一步的，本实施例中，还包括转角传感器7，所述转角传感器7用于检测左前轮41(由于左前轮41和右前轮42的转角相同，也可以是右前轮42)的转向角度并输出给车道保持控制器1。在车道保持控制器1控制左前轮41和右前轮42的轮速进行控制左前轮41和右前轮42的转向时，通过采集转角传感器7的数据做为左前轮41和右前轮42转向角度和转向方向的反馈数据，使得车道保持控制器1可以对左前轮41和右前轮42的转向角度和转向方向进行精准控制。

本具体实施例中，转角传感器7安装在左前轮41。

本具体实施例中，所述检测模块包括摄像头8，所述摄像头8用于采集车道信息并传输给车道保持控制器1。通过摄像头8，车道保持控制器1可以识别道路两边喷涂的线标，如果没有识别到车道线，就终止车道保持功能，如果有识别到，车道保持控制器1可以根据摄像头8提供的这个数据计算出车辆与车道线的距离，摄像头8还可以识别前方的障碍物，判断前方运动的物体属于什么类型的物体，具体算法可以参照现有技术，如公开专利：CN105711588B，此不再细说。摄像头8可以是CCD摄像头和CMOS摄像头等。

进一步的，本实施例中，所述检测模块还包括雷达9，所述雷达9用于采集车辆的行车环境信息(如前方障碍物信息)并传输给车道保持控制器1，以便车道保持控制器1确认是否需要终止进行车道保持，进一步提高安全性。

通过雷达9可以得到前方物体的相对纵向距离、相对横向距离、相对纵向速度、相对横向速度，雷达9相对于摄像头8来说，可以探测出更远距离的物体，且受天气状态影响较小。

车道保持控制器1根据雷达9和摄像头8的数据，判断道路状态以及前方是否有障碍物，如果有障碍物，判断障碍物的种类和状态，首先确认障碍物是什么类型的障碍物，是汽车、摩托车、自行车、行人还是路牌、井盖等，判断出障碍物的类型后，对采集到的障碍物进行滤波，将认为不需要跟踪的目标进行剔除，其次判断障碍物是运动的还是静止的，如果是运动的话，判断相对速度、横向速度以及横向距离，具体算法可以参照现有技术，如公开专利：CN105711588B，此不再细说。

本具体实施例中，还包括方向盘扭矩传感器100，所述方向盘扭矩传感器100用于检测方向盘的转向扭矩并传输给车道保持控制器1，通过方向盘扭矩传感器100可以判断驾驶员的驾驶意图，是否进行转弯；在车道保持控制器1进行车道保持时，通过方向盘扭矩传感器100判断汽车的控制权是否交还给驾驶员，以进一步提高安全性和可靠性。

本具体实施例中，所述车道保持控制器1还与车辆的CAN总线110通信连接，用于获取车辆相关信号，包括车速信号、左右转向灯信号、刹车信号和油门信号，通过左右转向灯信号、刹车信号和油门信号，车道保持控制器1可以判断出司机的驾驶意图，从而判断是否进行车道保持，以进一步提高安全性和可靠性。

通过采集车速信号，车道保持控制器1确认是否对汽车进行转向控制，当车速小于车道保持控制器1设置的最小值时，或者当车速大于车道保持控制器1设置的最大值时，车道保持控制器1对汽车不进行控制，以进一步提高安全性和可靠性。

图2示出了本发明的工作过程，具体如下：

车道保持控制器1通过车辆的CAN总线110采集车速，如果车速低于车道保持控制器1设置的下限或者车速高于车道保持控制器1设置的上限，车道保持控制器1不进行车道保持；当车道保持控制器1采集到的车速大于设置的最小车速(本具体实施例为60km/h)并且小于设置的最大车速，车道保持控制器1启动该车道保持辅助系统。

通过摄像头8进行车道线检测，判断车辆是否偏离车道(即车身边沿与车道线的距离是否X<X0，X0为设定阈值)，若是，再通过车辆的CAN总线110获取的左右转向灯信号、刹车信号和油门信号以及通过方向盘扭矩传感器100判断驾驶员是否在操作，若是，则车道保持控制器1不进行控制；若否，则车道保持控制器1进行车道保持控制。

车道保持控制：a、先计算出目前汽车离车道的横向距离，根据采集的车速、距离车道线的距离等数据计算出需要左偏转还是右偏转以及需要偏转的角度；b、需要左偏时，控制左前轮41的轮速小于右前轮42的轮速，当需要右偏时，控制右前轮42的轮速小于左前轮41的轮速；c、根据需要偏转的角度计算出需要左前轮41和右前轮42的轮差速，d、根据当前的左前轮41和右前轮42的轮速，以及前面计算得出的轮速差，计算需要对当前轮速减少多少；e、根据需要减少的轮速，计算出左前轮制动气室31和右前轮制动气室32需要增加的压力值；f、根据计算出的压力值，计算出控制左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22需要的PWM的占空比和频率，进而控制左前轮比例电磁阀21和右前轮比例电磁阀22，进而控制左前轮制动气室31和右前轮制动气室32的气压，进而控制左前轮41和右前轮42的轮速，进而控制左前轮41和右前轮42的转向角度，进而控制整车的行驶状态，实现车道保持。

在车道保持辅助系统工作时，要通过雷达9和摄像头8进行采集数据，将雷达9和摄像头8采集的数据进行处理，判断前方是否有障碍物，如果有障碍物，判断是属于什么类型的障碍物，根据判断出的障碍物类型，计算出当前的TTC(碰撞时间)，从而确认是否需要终止进行车道保持。

补充说明，当进行车道保持控制时，需要ABS暂停工作，当ABS工作时，车道保持控制器1中止车道保持控制输出。

本发明特别适用于采用气动制动的车辆，可以充分利用车辆原有的气制动系统来实现车道保持，需增加的辅助器件少，装置简单，改造量小，易于实现，成本低，且控制简便。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车道保持辅助系统，包括检测模块、车道保持控制器和车道保持执行模块，所述检测模块用于检测车道信息并传输给车道保持控制器，所述车道保持执行模块的控制端输入端接车道保持控制器的控制输出端，其特征在于：所述车道保持执行模块包括左前轮比例电磁阀、右前轮比例电磁阀、左前轮制动气室和右前轮制动气室，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的控制输入端分别与车道保持控制器的控制输出端连接，所述左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀用于分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，从而分别控制左前轮和右前轮的轮速以产生轮速差进行转向而实现车道保持。

2.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：还包括左前轮轮速传感器和右前轮轮速传感器，所述左前轮轮速传感器和右前轮轮速传感器分别用于检测左前轮和右前轮的轮速并输出给车道保持控制器。

3.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：还包括左气压传感器和右气压传感器，所述左气压传感器和右气压传感器分别用于检测左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，所述左气压传感器和右气压传感器的输出端分别与车道保持控制器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：还包括转角传感器，所述转角传感器用于检测左前轮和/或右前轮的转向角度并输出给车道保持控制器。

5.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：所述检测模块包括摄像头，所述摄像头用于采集车道信息并传输给车道保持控制器。

6.根据权利要求5所述的车道保持辅助系统，其特征在于：所述检测模块还包括雷达，所述雷达用于采集车辆的行车环境信息并传输给车道保持控制器。

7.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：还包括方向盘扭矩传感器，所述方向盘扭矩传感器用于检测方向盘的转向扭矩并传输给车道保持控制器。

8.根据权利要求1所述的车道保持辅助系统，其特征在于：所述车道保持控制器还与车辆的CAN总线通信连接，用于获取车辆相关信号。

9.根据权利要求8所述的车道保持辅助系统，其特征在于：所述车辆相关信号包括车速信号、左右转向灯信号、刹车信号和油门信号。

10.一种车道保持辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，检测车辆是否偏离车道，若是，则进入步骤S2；

S2，控制左前轮比例电磁阀和右前轮比例电磁阀的开度，以分别控制左前轮制动气室和右前轮制动气室的压力，从而分别控制左前轮和右前轮的轮速以产生轮速差进行相应地转向而实现车道保持。

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