CN111108035A - 用于控制车辆车道保持的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的车辆车道保持的方法，所述车辆具有借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，所述方法包括：测量至少一个车辆位置输入信号，其中使用车载视觉系统来确定呈车道曲率形式的相对车辆车道位置；将相对车辆车道位置变换为目标偏航和/或横向车辆状态；测量至少一个转向输入信号；根据所述一个或多个测得的转向输入信号确定由驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值；将所述扭矩值变换为相对于上述目标偏航和/或横向车辆状态的驾驶员目标相对偏航和/或横向车辆状态；将所述目标偏航和/或横向车辆状态与所述驾驶员目标相对偏航和/或横向车辆状态相加在一起；以及将所得偏航和/或横向车辆状态用作到一个或多个控制器的参考信号，以用于对所述一个或多个车辆状态致动器的所提到的控制。

Description

用于控制车辆车道保持的方法和系统

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于控制具有电动助力转向的车辆的车道保持的方法，并且涉及具有权利要求17的第一部分的特征的用于控制具有电动助力转向的车辆的车道保持的系统。

背景技术

车道保持辅助、车道保持支持或自动驾驶仪（下文称为LKA）是旨在帮助驾驶员将车辆保持在道路车道中的车辆功能。取决于立法和发展成熟度，引导原则可显著不同，跨度为从在检测到驾驶员使车辆转向时只是至少在合理的时间跨度内帮助驾驶员遵循车道到保持转向盘并且潜在地还在不同自主程度上是主动的，在这种情况下，驾驶员根本不需要主动。

其它记载的LKA行为是不持续地引导驾驶员而是仅在驾驶员将将要漂移出车道时才引导驾驶员的功能。

如上所述的传统的LKA变型在一系列重要的情况下缺乏与驾驶员的良好交互：

- 驾驶员可能不总是希望在车道的中间驾驶，而是希望在车道的一侧驾驶。其原因可能是例如因为车道非常宽（如对于一些高速公路），以及驾驶员希望通过或希望让其他人通过。这对于卡车尤其常见。重型卡车的另一个重要方面是驾驶员可能希望使拖车而不是牵引车辆居中（由于例如路边薄弱）。驾驶员常常希望将车辆定位在车道中心之外的其它情况是当车道具有驾驶员希望避开的纵向车辙时。这些车辙常常是填充有水。在道路上也可能发生事故或轮胎移位。还有另一种情况是当存在道路建设时，使得驾驶员希望增加与例如障碍物的距离。

- LKA缺乏与驾驶员的交互的另一常见情况是当驾驶员希望变换车道时。这常常使得需要在车道变换期间关闭LKA功能。

- 又一种情况是当驾驶员希望持续地转向时，但具有带有低的转向努力的便利性，即驾驶员希望具有减小引导、努力的功能。

前面提到的两个LKA缺点的结果是，驾驶员无法喜欢LKA功能。

发明内容

因此，本发明的目的是分别提供一种方法和系统，通过该方法和系统克服了一个或多个上述问题和缺点。

根据本发明的一个方面，目的是提供一种系统和方法，所述系统和方法分别允许既根据来自传统LKA的信息来控制车辆并且又增加用于添加驾驶员输入的能力以便使驾驶员能够控制车道位置。

特别目的是分别为驾驶员提供能够控制车辆的车辆车道轨迹的系统和方法。

这些目的通过分别如最初提到的具有相应独立权利要求的特征的方法和系统来实现。

有利的实施例由从属权利要求给出，并且在说明书中予以讨论。

特别地，在有利的实施例中，如上文提到的混合控制如下实现：

- 车辆位置识别功能通过从车载视觉系统、车载激光雷达系统、车载雷达系统、车载远程通信系统或车载GPS系统实现的信息来识别相对于道路的实际车道的车辆位置。所实现的数据呈例如横向车道位置、方位角、车道曲率以及相对于车辆前进方向的空间坐标的车道曲率导数的形式。LKA功能还用于计算相对于上述相对于实际车道的车辆位置的目标车辆路径。因此，根据上述传统LKA可获得控制车辆所需的目标车辆路径。

- 与该车辆位置识别并行地，进行驾驶员预期的车辆车道位置识别。在Birk（WO2010144049 Al）中示出了驾驶员借助于向转向盘施加扭矩来控制车辆的横向状态。该扭矩被变换成相对于上述目标横向状态的目标横向车辆状态。

根据本发明的这个方面，利用这两个目标车辆路径，可以将两个目标车辆路径相加，使得驾驶员可以以驾驶员可以控制在车道内或甚至车道外的车道位置的同时减少努力的方式遵循车道。

在详细描述以及从属权利要求中描述了另外的实施例。

应当理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本发明的特征易于以任何组合方式组合。

有利的实施例由相应的所附从属权利要求给出。

附图说明

下面将仅通过示例以非限制性方式并参考附图来进一步描述本发明，其中：

图1是示出用于车辆助力转向的转向系统的示意图，

图2是示出车辆状态和转向盘扭矩之间的关系的示意图，

图3是示出了车辆在具有位置指示变量的道路上的示意图，以及

图4是示出用于控制横向车辆状态的控制图的示意图。

本发明的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，附图仅用于图示的目的而设计，并且不是作为对本发明的限制的定义，对于本发明的限制，应当参考所附权利要求和作为整体的描述。还应当理解，附图不一定按比例绘制，并且除非另有指示，否则它们仅旨在概念性地图示本文描述的结构和程序。相同的附图标记用于图示不同附图中的对应特征。

具体实施方式

图1是可以实施本发明概念的转向系统100的示意图。在车辆的助力转向系统中，在前轴负重轮127和转向盘120之间存在联动装置。该联动装置由转向齿条124组成，其具有经由小齿轮122连接到转向柱121的相关联的拉杆125。转向柱121结合有扭力杆128，扭力杆128具有用于测量由驾驶员施加的转向扭矩的扭矩传感器。辅助扭矩由转向辅助致动器致动，转向辅助致动器由辅助马达115和ECU 110组成。对转向辅助致动器中的辅助致动水平的控制由ECU中的控制系统控制。

图2是示出横坐标上的车辆状态210和纵坐标上的转向盘扭矩220之间的关系的示意图。实线230对应于车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系。虚线240对应于如何使用转向盘扭矩来实现车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系上的工作点。虚线250对应于如何使用车辆状态和转向盘扭矩之间的参考关系上的工作点来实现目标横向状态。因此，根据本发明，转向盘扭矩可以通过上述虚线240和250被变换为目标横向状态。

图3是示出与车道上或车道内的车辆位置相关的示例性位置指示变量的示意图。车辆480位于车道中，其具有起始于车道的中心线330的横向车道位置Δy 310以及与车道的中心线的切线的方位角θ 320。车道的中心线330具有车道曲率κ和相对于距当前位置的向前距离的空间车道曲率导数κ'。如将在下面的实施例中进一步描述的，驾驶员可以具有将车辆定位在与车道的目标中心线350相差增量（delta）横向车道位置δΔy 360的位置的意图。

图4是示出根据本发明的对若干个控制步骤的控制方案的示意图。具有其若干个子系统的车辆480在每一时间处具有数个状态，其中状态被定义为平移或旋转位置、速度或加速度。这些状态由虚线405示意性地表示。车辆480配备有数个传感器410，用于直接或间接地测量所述一种或多种车辆状态。可以使用不同类型的传感器，诸如扭力杆扭矩传感器、转向盘角度传感器、车轮速度传感器、车辆偏航率传感器、车辆横向加速度传感器或车辆速度、旋转速度传感器和车载视觉系统的集群。一个或多种车辆状态405的一个或多个感测值或测量值通过使用信号总线415被传送给控制步骤，其中信号总线是可以在其上读取和/或传输信号的传输路径。为了控制车辆480，根据本发明存在两条控制路径（A和B），即由410-420-460-470-480指示的LKA路径A和由410-440-450-460-470-480指示的驾驶员扭矩控制路径B。

LKA路径A包括相对车辆位置计算功能或装置420，例如电子控制单元、微处理器中的软件，其中车载视觉系统传感器信号用于计算数个车辆位置信号或车辆位置指示变量，所述指示变量至少是曲率并且在有利的实施例中还是车道的曲率导数。

驾驶员扭矩控制路径B包括驾驶员扭矩计算功能或装置440，例如包括控制单元（例如微处理器）的软件，其可以被编程/制造成使得图2中的转向盘扭矩是由驾驶员经由转向盘施加的扭矩的量度。

驾驶员扭矩控制路径B还包括目标相对车辆状态计算功能、装置450（控制单元中、微型计算机中的软件），其是针对特定车辆速度将驾驶员扭矩变换为以下各者的数学函数：横向车辆状态；以下状态中的至少一者或以下状态中的一者或多者的线性组合：车辆偏航率或加速度、车辆横向速度或加速度、车辆曲率和车身侧滑角。除非横向车辆状态是如上所述的位置，否则横向车辆状态可进一步被积分成目标相对车辆横向车道位置（如果其与横向速度成比例，则被积分一次；如果其与横向加速度成比例，则被积分两次）。

在加法函数或加法步骤（软件）460中，将从控制路径A的相对车辆位置计算功能420获得的目标横向状态矢量和从控制路径B的相对车辆位置功能450获得的目标增量横向状态矢量相加在一起，从而形成混合控制目标横向状态矢量。在车辆状态控制器470中使用至少车道曲率或在替代的有利实施例中使用车道的曲率导数，以便以受控的方式实现车辆480的目标横向状态。

为了便于阅读对有利实施例的描述，下面是包含在以下描述中使用的定义以及一些功能解释的部分。

定义

车载视觉系统是车辆位置识别功能，其通过从车载摄像头系统、车载激光雷达系统、车载雷达系统、车载远程通信系统和/或车载GPS系统实现的信息来识别相对于道路的实际车道的车辆位置，车载摄像头系统、车载激光雷达系统、车载雷达系统、车载远程通信系统和/或车载GPS系统也可关联到地图数据，使得车道曲率和车道曲率导数也可以以以此方式实现，并且可能实现它们的传感器融合。所实现的数据呈例如车道曲率形式，以及任选地呈例如相对于距当前位置的向前距离的车道曲率空间导数、方位角和横向车道位置中的一者或多者的形式。LKA功能还用于计算相对于上述相对于实际车道的车辆位置的目标车辆路径。因此，可获得根据上述传统LKA控制车辆所需的目标车辆路径。车道曲率和车道曲率导数可以用于计算由用于前瞻距离的元素组成的目标横向状态矢量，其至少包括：；

- 目标曲率，所述目标曲率是所述车道的曲率，并且在替代实施例中，其也由以下组成：

- 目标曲率导数，其是所述车道相对于距所述当前位置的向前距离的空间曲率导数。

转向位置致动器是可以用于影响转向致动器状态中的一者或多者的致动器，所述转向致动器状态诸如是后轮转向角、轮的各个转向角、轴制动扭矩或力、轮制动扭矩或力、各个轴上的驱动扭矩或力、各个轮上的驱动扭矩或力、每个轴上的外倾角、或每个轮上的外倾角。

状态被定义为平移或旋转位置、速度或加速度，或者从这些状态中的一者或多者导出的状态，诸如例如车辆滑移角，其是车辆局部x轴线与车辆速度矢量之间的角度。

信号总线可以在其上读取和/或传输信号的传输路径。

转向感由以下构造块中的至少一些（一个或多个）的总和构成：

- 横向加速度反馈扭矩，其是转向角和车辆速度的函数，

- 轮胎摩擦扭矩，其是转向角的函数，

- 转向系统摩擦扭矩，其是转向角的函数，

- 阻尼扭矩，其是转向角速度的函数，以及

- 回正性扭矩，其是转向角的函数。

横向加速度反馈扭矩是驾驶员感觉到的对应于车辆的横向加速度的扭矩。

轮胎摩擦扭矩是轮胎与道路之间的摩擦或该摩擦的模型。

转向系统摩擦或摩擦扭矩是转向系统的联动装置的各部分的摩擦或该摩擦的模型。

阻尼扭矩由于轮胎和转向系统的阻尼或该阻尼的模型而发生。

回正性扭矩来自转向系统的几何形状或转向系统的模型。

这些扭矩贡献可以是取决于车辆速度的。扭矩贡献也可以经由数学模型计算或经由车辆或转向系统中的传感器被感测到。

补偿扭矩是上文提到的轮胎摩擦扭矩、阻尼扭矩和回正性扭矩中的一者或是其一者或多者的总和。补偿扭矩的各部分是根据不同扭矩部分的数学模型计算的。

横向加速度扭矩是根据自行车模型计算的，该模型使用车辆速度和转向角作为输入，并给出横向加速度作为输出。横向加速度反馈是根据车辆模型计算的横向加速度的函数。

轮胎摩擦扭矩的数学模型是角度或角速度驱动的滞后的模型。轮胎的数学模型还包含弛豫部分，使得随着轮胎滚动，滞后的扭矩将具有弛豫长度，使得滞后扭矩随着轮胎的滚动长度而减小。弛豫可以优选地是公知的半衰期指数衰减函数。轮胎摩擦的模型是滞后和弛豫的组合，使得可以存在例如与由于弛豫造成的扭矩减小同时发生的由于滞后扭矩而造成的增加。模型的所得扭矩于是是这两部分的总和。

摩擦扭矩的数学模型是角度或角速度驱动的滞后的模型。滞后中的最大扭矩可以由函数来成形，使得最大扭矩在中心上与偏心相比是不同的。

阻尼扭矩的数学模型由阻尼常数乘以角速度或平移速度组成，诸如例如在负重轮和转向盘之间的联动装置中的某处测得的齿条速度。阻尼常数可以使得阻尼具有泄放性（blow-off），使得阻尼常数针对大的角速度或平移速度减小。阻尼常数可以是取决于车辆速度的，以及与向内转向相比，对于向外转向可以不同。阻尼常数也可以是转向盘或扭力杆扭矩的函数。

回正性扭矩是取决于车辆速度和取决于转向盘角度的扭矩。

驾驶员扭矩是用如上文讨论的补偿扭矩来补偿的扭力杆扭矩。

可控性描述了外部输入在有限时间间隔内将系统的内部状态从任何初始状态移动到任何其它最终状态的能力。

在此，车辆状态控制器被定义为用于以受控的方式实现在车辆中的目标状态的动态函数。

车辆状态致动器是当被致动时影响一种或若干种车辆状态的致动器。车辆状态致动器的示例是制动器、发动机、可控四轮驱动离合器、可控差速器、有源阻尼器、电动或液压轮马达以及电动或液压驱动轴。

致动器是由ECU操作的机构或系统，并且其将能量源（通常是电流、液压流体压力或气动压力）转换成运动、力或扭矩。

目标值、参考值或请求是通过使用闭环控制器和/或前馈控制器实现的致动器的设定点。

车辆模型是将负重轮角度或转向角和车辆速度变换为数个车辆偏航和/或横向状态的数学模型，所述车辆偏航和/或横向状态例如是车辆偏航率和加速度、车辆横向速度和加速度、车辆曲率和车身侧滑角。

变换被定义为数学函数或查找表，其中一个输入值用于产生一个输出值。这意味着可以使用具有其可调参数的变换来产生具有任意可调形状的输入值和输出值之间的关系。变换可以具有甚至依赖于其他值的时变参数，即所谓的增益调度，使得变换是具有自身就是函数的参数的函数。这种变换的示例是车辆状态与驾驶员扭矩的关系，其中该关系是取决于车辆速度的持续上升、递减的成形函数。

传递函数是系统的输出与所述系统的输入在拉普拉斯域中的关系，其中考虑到其初始条件，其具有变量s。作为单输入单输出系统的示例，如果我们具有输入函数X（s）和输出函数Y（s），则传递函数G（s）在这里被定义为Y（s）/X（s）。

转向盘扭矩测量结果是在转向柱或转向盘中测得的扭矩或在转向齿条中测得的力乘以转向齿条和转向盘之间的扭矩比。

转向盘角度在这里指的是转向盘和负重轮之间的任何角度乘以角自由度和转向盘角自由度之间的比。它还可以是齿条位置乘以其齿条平移自由度与转向盘角自由度之间的比。

拖车装置被定义为乘用车拖车或大篷车，或者用于重型卡车的全拖车，其由前轴和后轴支撑并由牵引杆、半拖车或具有半拖车的台车拉动。

转向角在这里针对一个轮示出，但是如果轮以不同方式转向，如例如阿克曼转向的情况，则转向角被定义为两个轮的角度的平均值。

自然坐标系或自然坐标是表示方向的另一种方式。它基于感兴趣的物体（车辆）的相对运动，而不是基于固定坐标平面（x，y）。单位矢量（t，n）是：

- t被定向成在每个点处平行于水平速度，

- n被定向成垂直于水平速度并且正向地指向左侧。

矢量是一个或多个元素的阵列。

线性函数f（x）是满足相加性f（x+y）=f（x）+f（y）和1次齐次性的函数，对于所有a，f （ax）=af（x）。齐次性和相加性性质一起被称为叠加原理，这意味着线性变换的顺序不重要。该第一实施例的目的纯粹是通过做出努力而使车辆转向更低而增加驾驶员的便利性。在该实施例中，驾驶员使车辆转向，但是转向感是围绕道路的曲率（即，道路的自然坐标）构建的。这通过使用车道曲率和仅来自图4的控制路径A的曲率导数以及计算控制路径B中的增量曲率并在加法（460）中将两者相加在一起以形成目标曲率来实现。最后，通过使用控制器（470）使目标曲率与实际曲率之间的误差最小化。结果是驾驶员转向努力将与道路是笔直的情况一样低。但是驾驶员必须使自己转向以便留在车道中。下面详细地并且概括地描述该第一实施例。

根据本发明的一个方面，如本申请中先前所提到的，目的是既根据来自传统LKA的信息来控制车辆，以及增加添加驾驶员输入的能力，以便使驾驶员能够以减少的努力既能控制车道位置又能够变换车道，但是驾驶员必须使自己转向以便留在车道中，这在这里被称为混合控制。在第一有利实施例中，这种混合控制通过根据图4的一系列步骤来实现：

在控制路径A中，采取以下方法步骤：

在相对车辆位置计算功能（也称为装置）420中，根据上述定义，来自车载视觉系统的传感器信号用于：

- 计算车道的曲率。

- 计算相对于距当前位置的向前距离的空间车道曲率导数。

- 针对车辆前方的距离（即前瞻距离）测量和/或计算车辆状态的这两个量度，即车道曲率和车道曲率导数。

相对车辆位置计算功能420的输出在这里是目标横向状态矢量，其由用于前瞻距离的元素组成，其至少包括：

- 目标曲率，并且在替代实施例中，它还由以下组成：

- 目标曲率导数。

在控制路径B中，为了在由目标横向状态矢量描述的状态周围具有正常的转向感，采取以下方法步骤：

在驾驶员扭矩计算功能（也称为装置）440中，根据以上定义，来自转向系统的传感器信号用于：

- 计算由驾驶员施加的扭矩，即驾驶员扭矩，其本身指示驾驶员意图。在一个实施例中，该驾驶员扭矩是扭力杆扭矩信号。在替代实施例中，驾驶员扭矩是用补偿扭矩补偿的扭力杆扭矩，如上文定义部分中所定义的。

- 在本发明的另一替代实施例中，补偿扭矩的各部分被进一步补偿目标横向状态矢量值，使得目标横向状态矢量不影响转向感。这通过使用车辆模型将来自相对车辆位置计算420的目标横向状态从目标曲率变换为目标转向角以及从目标曲率导数变换为目标转向角速度以及从转向感方程构建块的转向角和转向角速度减去这些值来完成：

- 通过从转向角减去目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角（而不是所述转向角）作为轮胎摩擦扭矩的输入，来更改作为转向角的函数的轮胎摩擦扭矩。

- 通过从转向角减去目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角（而不是所述转向角）作为转向系统摩擦扭矩的输入，来更改作为转向角的函数的转向系统摩擦扭矩。

- 通过从转向角速度减去目标转向角速度以得到新的转向角速度，并且然后使用该新的转向角速度（而不是所述转向角速度）作为阻尼扭矩的输入，来更改作为转向角速度的函数的阻尼扭矩。

-通过从转向角减去目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角（而不是所述转向角）作为回正性扭矩的输入，来更改作为转向角的函数的回正性扭矩。

在目标相对车辆状态计算功能（也称为装置）450中，根据上述定义，驾驶员扭矩用于根据图2将驾驶员扭矩变换为目标增量横向状态（例如，增量车道曲率δκ，参见图3：s 详细描述）。该目标增量横向状态是相对于在上文相对车辆位置计算功能420中计算出的目标轨迹的曲率，或者换言之，是在相对车辆位置计算功能420中计算出的在目标轨迹的自然坐标中的目标增量曲率。

目标相对车辆状态计算功能450的输出是由目标增量曲率和目标增量曲率的导数组成的目标增量横向状态矢量。

在两个控制路径A和B之后，在加法函数或加法步骤460中执行加法，其中目标横向状态矢量（例如，κ，参见图3：s详细描述）和目标增量横向状态矢量（例如，增量δκ，参见图3：s详细描述）相加在一起成为混合控制目标横向状态矢量。加法460中的加法的输出是混合控制目标横向状态矢量，其由用于前瞻距离的元素组成，其至少包括：

- 混合控制目标曲率，并且在替代实施例中，其还由如下组成：

- 混合控制目标曲率导数。

在车辆状态控制器470中，以以下方法步骤控制车辆路径：

- 计算目标偏航和/或横向车辆状态。

- 朝向该目标偏航和/或横向车辆状态控制车辆致动器。

在用于计算目标偏航和/或横向车辆状态的第一方法步骤470的第一实施例中，混合控制目标横向状态矢量被用于计算例如目标横向加速度。该计算通过首先计算距离的曲率函数来进行，该曲率函数是曲率和相对于距当前位置的向前距离的空间曲率导数乘以感兴趣的前瞻帧中的距离的总和。在车辆速度的情况下，该函数被转换为时间的函数而不是距离的函数。目标横向加速度是距离的曲率函数乘以车辆速度的平方。

除了前面提到的目标车辆横向加速度之外，其它可能的目标车辆状态是曲率、负重轮角度、转向盘角度、车辆横向速度、车辆滑移角和车辆偏航率或其线性组合，或者换言之，目标可以推广为目标偏航和/或横向车辆状态。

在用于计算目标偏航和/或横向车辆状态的步骤470的第二方法步骤的第一实施例中（其包括朝向该目标偏航和/或横向车辆状态控制车辆致动器），目标偏航和/或横向车辆状态的时间函数通过逆向车辆模型馈送。这意味着，理想地，通过车辆速度和车辆模型，目标车辆致动器状态将会使得车辆路径将遵循目标车辆路径。

在仅前轮转向的情况下，目标车辆致动器状态是前轮角度。在车辆480的典型前转向机构中，以负重轮角度界面或转向盘角度界面乘以与负重轮的比率来控制该角度。

在前轮和后轮转向的情况下，目标车辆致动器状态是前轮和后轮角度。在车辆480的典型的前和后转向机构中，以负重轮角度界面或转向盘角度界面乘以与负重轮和后轮角度界面的比率来控制这些角度。

或替代地，目标横向状态以及目标增量横向状态被变换为定义中列出的车辆偏航和/或横向状态中的任一者。

特别注意，不同的偏航和/或横向车辆状态从作为相对车辆位置计算420的结果的目标横向状态、作为目标相对车辆状态计算450的结果的目标增量横向状态到车辆状态控制器470中的致动器状态的变换可以以任何顺序进行，这意味着：

作为相对车辆位置计算420的结果的目标横向状态矢量以及作为目标相对车辆状态计算450的结果的目标增量横向状态矢量可以呈转向角的形式，或者呈所列出的车辆偏航和/或横向状态的定义中的任一者的形式，即，它们可以被推广为车辆偏航和/或横向车辆状态。取决于状态的选择，所需的变换呈准静态车辆模型的形式，对于本领域技术人员来说，这与转向角和车辆速度的可逆函数相同。这意味着对于每个车辆速度，在转向角与偏航和/或横向车辆状态中的任一者之间存在函数。并且因此，由于在不同实施例中描述的方程是线性的或者可以被线性化，所以变换的顺序不重要，这在术语线性的定义内。

根据本发明的这个方面，通过两个目标车辆路径，控制路径A和控制路径B，替代方式的所有组合可以将两个目标车辆路径相加以实现对车辆路径的混合控制，使得可以在驾驶员可以控制车道内或甚至车道外的车道位置的同时遵循车道。结果是驾驶员的转向努力将与道路是笔直的情况一样低。

应当清楚，本发明不限于特别图示的实施例，而是其可以在所附权利要求的范围内以数种方式改变。

Claims (19)

1.一种用于控制车辆（480）的车辆车道保持的方法，所述车辆包括借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述方法包括以下步骤：

- 借助所述车载视觉系统，使用一个或多个传感器（410）测量表示一种或多种车辆状态的至少一个车辆位置输入信号，

- 在相对车辆位置计算功能或装置（420）中，根据所述一个或多个测得的车辆位置输入信号，确定呈车道曲率和/或车道曲率导数形式的相对车辆车道位置，

- 在所述相对车辆位置计算功能或装置（420）中计算目标横向状态矢量，所述目标横向状态矢量由以下目标值中的一者或多者组成：目标偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，

- 借助传感器测量至少一个转向输入信号，

- 在驾驶员扭矩计算功能或装置（440）中，根据所述一个或多个测得的转向输入信号，确定由所述驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值，

其特征在于，

该方法还包括以下步骤：

- 在目标相对车辆状态计算装置或功能（450）中，将由所述驾驶员施加的所述扭矩值相对于上述目标横向状态矢量变换为目标增量横向状态矢量，所述目标增量横向状态矢量由以下目标增量值中的一者或多者组成：目标增量偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，

- 将所述目标横向状态矢量和所述目标增量横向状态矢量相加（460），

- 使用来自所述加法（460）的所得混合控制目标横向状态矢量作为到一个或多个控制器的参考信号，以用于控制（470）所述一个或多个车辆状态致动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

- 所述目标横向状态矢量至少包括目标偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态是目标曲率，并且在于，

- 所述目标增量横向状态矢量至少包括目标增量偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态是目标增量曲率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

- 所述目标横向状态矢量还包括所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标曲率导数，并且在于

- 所述目标增量横向状态矢量还包括所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标增量曲率导数。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，

从由驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值减去补偿扭矩，所述补偿扭矩包括以下补偿扭矩部分中的一者或多者：

- 轮胎摩擦扭矩，所述轮胎摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，

- 转向系统摩擦扭矩，所述转向系统摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，

- 阻尼扭矩，所述阻尼扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数的函数，以及

- 回正性扭矩，所述回正性扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括轮胎摩擦扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的轮胎摩擦扭矩的输入的所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括转向系统摩擦扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的转向系统摩擦扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括阻尼扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的阻尼扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数是所感测或估计的转向角速度。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括回正性扭矩，并且在于，用于所述补偿扭矩部分的回正性扭矩的输入的所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态是所感测或估计的转向角。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括轮胎摩擦扭矩，并且在于，所述轮胎摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态减去所述目标偏航和/或横向车辆状态以得到新的偏航和/或横向车辆状态，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态而不是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态作为所述轮胎摩擦扭矩的输入，来补偿所述轮胎摩擦扭矩。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括转向系统摩擦扭矩，并且在于，所述转向系统摩擦扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态减去所述目标偏航和/或横向车辆状态以得到新的偏航和/或横向车辆状态，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态而不是所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态作为转向系统摩擦扭矩的输入，来补偿所述转向系统摩擦扭矩。

11.根据权利要求4-10中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括阻尼扭矩，并且在于，所述阻尼扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数减去所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数以得到新的偏航和/或横向车辆状态的导数，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态的导数而不是所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数作为阻尼扭矩的输入，来补偿所述阻尼扭矩。

12.根据权利要求4-11中任一项所述的方法，

所述补偿扭矩至少包括回正性扭矩，并且在于，所述回正性扭矩是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，通过从所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态减去所述目标偏航和/或横向车辆状态以得到新偏航和/或横向车辆状态，并且然后使用该新的偏航和/或横向车辆状态而不是所述所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态作为回正性扭矩的输入，来补偿所述回正性扭矩。

13.根据权利要求5-12中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括轮胎摩擦扭矩，并且在于，所述轮胎摩擦扭矩是所感测或估计的转向角的函数，通过从所述所感测或估计的转向角减去所述目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角而不是所述所感测或估计的转向角作为轮胎摩擦扭矩的输入，来补偿所述轮胎摩擦扭矩。

14.根据权利要求5-13中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括转向系统摩擦扭矩，并且在于，所述转向系统摩擦扭矩是所感测或估计的转向角的函数，通过从所述所感测或估计的转向角减去所述目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角而不是所感测或估计的转向角作为转向系统摩擦扭矩的输入，来补偿所述转向系统摩擦扭矩。

15.根据权利要求5-14中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括阻尼扭矩，并且在于，所述阻尼扭矩是所感测或估计的转向角速度的函数，通过从所述所感测或估计的转向角速度减去所述目标转向角速度以得到新的转向角速度，并且然后使用该新的转向角速度而不是所述所感测或估计的转向角速度作为阻尼扭矩的输入，来补偿所述阻尼扭矩。

16.根据权利要求5-15中任一项所述的方法，其特征在于，

所述补偿扭矩至少包括回正性扭矩，并且在于，所述回正性扭矩是所感测或估计的转向角的函数，通过从所述所感测或估计的转向角减去所述目标转向角以得到新的转向角，并且然后使用该新的转向角而不是所述所感测或估计的转向角作为所述回正性扭矩的输入，来补偿所述回正性扭矩。

17.一种用于控制车辆（480）的车辆车道保持的系统，所述车辆包括借助于转向系统（100）的电动助力转向，所述转向系统具有转向辅助致动器和一个或多个可控车辆状态致动器，并且包括车载视觉系统，所述系统包括：

- 用于借助所述车载视觉系统使用一个或多个传感器（410）来测量表示一种或多种车辆状态的至少一个车辆位置输入信号的装置，

- 相对车辆位置计算功能或装置（420），其适于根据所述一个或多个测得的车辆位置输入信号来确定呈车道曲率和/或车道曲率导数形式的相对车辆车道位置，并且适于计算由以下目标值中的一者或多者组成的目标横向状态矢量：目标偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，

- 用于借助传感器来测量至少一个转向输入信号的装置，

- 驾驶员扭矩计算功能或装置（440），用于根据所述一个或多个测得的转向输入信号来确定由所述驾驶员经由转向盘（120）施加的扭矩值，

其特征在于，

其还包括：

- 目标相对车辆状态计算装置或功能（450），用于将由所述驾驶员施加的所述扭矩值相对于上述目标横向状态矢量变换为目标增量横向状态矢量，所述目标增量横向状态矢量由以下目标增量值中的一者或多者组成：目标增量偏航和/或横向车辆状态、以及所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，

- 加法装置（460），用于将所述目标横向状态矢量和所述目标增量横向状态矢量相加在一起，

- 车辆状态控制装置（470），其使用来自所述加法（460）所得的混合控制目标横向状态矢量作为到一个或多个控制器的参考信号，以用于控制所述一个或多个车辆状态致动器。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，

- 所述目标横向状态矢量至少包括目标偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态是目标曲率，并且在于，

- 所述目标增量横向状态矢量至少包括目标增量偏航和/或横向车辆状态，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态是目标增量曲率。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

- 所述目标横向状态矢量还包括所述目标偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标曲率导数，并且在于，

- 所述目标增量横向状态矢量还包括所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的导数，并且所述目标增量偏航和/或横向车辆状态的所述导数是目标增量曲率导数。

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