CN112512901A

CN112512901A - 自适应车道保持系统

Info

Publication number: CN112512901A
Application number: CN201980047162.1A
Authority: CN
Inventors: H·莱尔; T·哈克尔
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: US11691622B2; CN112512901B; DE102018117278A1; WO2020015969A1; US20210269027A1

Abstract

一种用于商用车的自适应车道保持系统，包括：输入模块(110)，用于输入来自至少一个传感器(51、52)的传感器数据，所述传感器构造成用于检测所述商用车的周围环境；评估模块(120)，用于评估所述传感器数据，以便求取所述商用车在行车道上的相对位置；车道保持模块(130)，用于基于车道保持曲线来操控所述商用车的转向系统(70)，以便支持车道(215)的保持，所述车道保持曲线限定了待控制输入到所述商用车的方向盘上的转矩(M)；和改变模块(140)，用于响应于所检测的周围环境中的改变来改变所述车道保持曲线。

Description

自适应车道保持系统

技术领域

本发明涉及用于将商用车自适应地保持在车道上的自适应车道保持系统和方法并且尤其涉及自适应车道保持辅助。

背景技术

驾驶员辅助系统(尤其是在越来越多的自主驾驶方面)变得越来越重要。在车道保持系统中，驾驶员基于环境分析将转矩给到方向盘上。与此相关的是以下阻力：该阻力在方向盘上作为反作用力被驾驶员感觉到并且必须被驾驶员克服，以便抵抗车道保持系统的干预例如来改变车辆的行驶方向。如果驾驶员屈服于该转矩，则车辆自主控制到预先确定的行驶路线上。

简单的车道保持系统为此评估路线信息。例如，摄像机可以被用于探测实线的(右或左)车道边界线或虚线的车道分隔线。这样的线通常可以容易地被摄像机检测到，并且该系统可以遵守与具体检测到的线的预先确定的间距。

然而，正是在商用车领域中，车辆的尺寸变化很大，使得例如乘用车领域中的常规的车道保持系统通常不适于为驾驶员带来安全感。正是对于大型商用车而言，一再地发生所使用的车道保持系统导致紧急状况，因为该系统过度地控制到一个方向或另一方向上。

因此，需要一种车道保持系统，其尤其能够用于各种商用车并提供高度安全性。

发明内容

上述问题中的至少一部分通过根据权利要求1的自适应车道保持系统、根据权利要求10的商用车和根据权利要求12的方法来解决。从属权利要求限定了独立权利要求的主题的其他有利实施方式。

本发明涉及一种具有输入模块、评估模块、车道保持模块和改变模块的自适应车道保持系统。输入模块构造成用于输入来自至少一个传感器的传感器数据，该传感器构造成用于检测商用车的周围环境(或环境)。评估模块构造成用于评估传感器数据，以便求取商用车在行车道上的相对位置。车道保持模块构造成用于基于车道保持曲线来操控商用车的转向系统，以便支持车道保持，该车道保持曲线限定了待控制输入到商用车方向盘上的转矩。改变模块构造成用于响应于所检测的周围环境中的改变来改变车道保持曲线。

自适应车道保持系统尤其适合于商用车，尽管其并不应限于商用车。该自适应车道保持系统也可以用于其他车辆。

术语“车道保持曲线”限定了作用到方向盘上的转矩(尤其是其绝对值)与车辆垂直于行驶方向的位置之间的关系(例如连续或离散的函数或者分配、表格式配属等)。车道保持曲线尤其可以包括转矩与商用车垂直于行驶方向的位置的线性或非线性分配。线性分配的特征是恒定的升高，而非线性分配则具有与位置有关的升高。车道保持曲线也可以区段地是线性的，其中，升高在确定的位置上突然改变。

如果驾驶员本身没有将转矩施加到方向盘上，则被控制输入的转矩应促使驾驶员修正车辆位置或单独进行修正。例如，如果车辆的位置改变并且例如向右或向左偏航，则转矩作用到方向盘上并因此作用到转向装置上，以便修正车辆的位置。与转矩相关的力在各个位置上被控制输入到转向系统中，只要该力作为方向盘上的转矩可被驾驶员感觉到。自适应车道保持系统例如根据商用车的位置操控转向系统的转向促动器。对于车辆向右或向左偏移而言，被控制输入的转矩具有不同的正负符号(在相反的方向上起作用)。转矩的绝对值具有最小值，该最小值限定行驶路线(直至±10％的公差)，如果驾驶员不介入，则车辆自动地控制到该行驶路线上。因此，行驶路线可以相应于驾驶员期望。

为了位置确定或全方位检测可以使用各种传感器，例如雷达系统、激光雷达系统、超声波系统，红外传感器或车辆中可能已经存在的其他传感器。

可选地，改变模块构造成用于根据车道宽度来改变车道保持曲线。改变模块可以将车道保持曲线在车道的中心区域中整平(尤其是对于较宽的车道)。中心区域例如表示待控制输入的转矩量值的最小值。被整平的中心区域可以随着车道宽度增加，其中，被控制输入的转矩在整个整平区域上仅略微地增加甚至也为零(例如，升高在那里例如可以比在整平区域之外至少小50％)。

可选地，改变模块构造成用于基于驾驶员期望来学习商用车的行驶路线。例如，改变模块可以构造成用于通过驾驶员的输入和/或根据由驾驶员沿着期望的行驶路线对商用车的继续控制来设定期望的行驶路线。车道保持系统例如可以通过驾驶员继续行驶确定的行驶路线来学习该期望的行驶路线。例如，该系统可以针对经过的时间段(例如30秒或几分钟或更长时间)确定商用车在相应的行车道上的平均位置为如何，并且可以将行驶路线调设为平均值。也可以进行逐步的接近，以便避免大的突变。

可选地，评估模块构造成用于探测商用车周围环境中的至少一个障碍物。改变模块可以与此相应地在检测到商用车环境中的障碍物时根据至少一个障碍物的位置来改变车道保持曲线。所述至少一个障碍物例如可以包括以下障碍物中的一个或多个：路缘、护栏、其他车辆、迎面驶来的车辆、建筑工地边界、树木、隧道等。改变模块例如构造成用于朝着至少一个障碍物的方向进一步提高车道保持曲线(例如升高)。

车道保持模块也可以构造成用于在评估模块已经将迎面驶来的车辆探测为障碍物时结束或中断对转向系统的操控。因此可以保证仅在确定的条件下使用车道保持系统(例如仅在没有反向交通的情况下)。在这种情况下，可以将相应的信息输出给驾驶员，以便使其得知该停用。

此外，商用车可以提供与车辆有关的数据(静态或动态数据)，尤其是车辆的尺寸、车速、当前或预期的弯道行驶、位置和/或即将发生的方向变化(例如在使用导航系统的情况下)。在这种情况下，改变模块可以构造成用于在改变车道保持曲线时考虑与车辆有关的数据。

本发明还涉及一种商用车，其具有转向系统、方向盘、至少一个传感器和如上所述的车道保持系统。可选地，商用车的转向系统可以具有液压转向促动器，并且所述至少一个传感器可以包括以下传感器中的至少一个：摄像机、雷达、激光雷达、超声波传感器或其他适合于检测商用车周围环境的传感器。

本发明还涉及一种用于将商用车自适应地保持在车道中的方法。该方法包括以下步骤：

-接收来自至少一个传感器的传感器数据，该传感器构造成用于检测商用车的周围环境；

-评估传感器数据，以便求取商用车在行车道上的相对位置；

-基于车道保持曲线操控商用车的转向系统，以便支持车道保持，该车道保持曲线限定了待控制输入到商用车的方向盘上的转矩；和

-响应于所检测的周围环境中的改变来改变车道保持曲线。

该方法或其中的至少部分也可以以指令的形式实现或存储在软件中或计算机程序产品上，其中，当该方法在处理器上运行时，所存储的指令能够实施根据该方法的步骤。

因此，本发明还涉及一种具有存储在其上的软件代码(软件指令)的计算机程序产品，所述软件代码构造成用于当通过处理单元实施该软件代码时实施上述方法之一。处理单元可以是任何形式的计算机或控制单元，其具有能够实施软件代码的相应微处理器。

本发明的实施例通过以下方式解决了开始提到的问题中的至少一部分：自适应车道保持系统分析环境数据，并由此计算或修正车道保持曲线(转矩-位置曲线)。由此可以动态地来匹配车道保持曲线。实施例的一个大的优点在于，通过自适应车道保持系统改善了驾驶感受并因此提高了驾驶员的接受度。

附图说明

由下面的详细描述和不同实施例的附图更好地理解本发明的实施例，然而这些实施例不应理解为将本公开内容限制为特定的实施方式，而是仅用于解释和理解。

图1示出了根据本发明一个实施例的自适应车道保持系统。

图2A、2B阐明根据本发明的一个实施例的基于静态或动态车道保持曲线的车道保持系统的行为。

图3A、3B示例性地示出了根据另外的实施例的、根据车道宽度对车道保持曲线的匹配。

图4A、4B示出了一些实施例，其中，根据障碍物或确定的环境来改变车道保持曲线。

图5示出了根据本发明的实施例的用于自适应地匹配车道保持曲线的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的自适应车道保持系统。该车道保持系统尤其适合于商用车，但不限于此并且也可以用于其他车辆。车道保持系统包括：输入模块110，用于输入(或用于接收)来自至少一个传感器51、52的传感器数据；评估模块120，用于评估传感器数据，以便求取商用车在行车道上的相对位置；车道保持模块130，用于操控示例性商用车的转向系统70。对转向系统的操控基于车道保持曲线来进行并且引起施加到方向盘上的转矩，该转矩可被驾驶员感觉到。车道保持系统还包括改变模块140，用于改变车道保持曲线。当在所检测的周围环境(车辆的环境)中出现变化时，也可以自动地或者响应于驾驶员期望(例如输入)来进行改变。

车道保持曲线限定了被控制输入到商用车的方向盘上用以支持车道保持的转矩。传感器示例性地包括构造成用于检测商用车周围环境的摄像机51和/或雷达52。评估模块120示例性地包括车道探测单元121和/或障碍物识别单元122。此外，在所示出的实施例中，车道保持模块130和改变模块140示例性地实现在一个单元中，该单元也可以访问车辆数据60。车辆数据例如包括静态数据(尺寸、类型、充电状态等)或动态车辆数据(速度、弯道行驶、导航系统的数据等)。转向系统70与此相应地基于车道保持曲线来操控，从而自适应地将附加转矩(附加于驾驶员施加的转矩)施加到方向盘上，以便使驾驶员做出确定的修正。

所示出的模块110、120、130、140可以部分地或完全地安置在一个或多个车辆控制单元中。这些模块也可以由软件实现，以便实施限定的功能。

图2A示例性地示出车道保持系统的行为的实施例，以便在行驶时将车辆保持在行驶路线O上。行驶路线O例如是道路或行车道200的第一行车车道215上的中心位置，该道路或行车道还可以具有第二行车车道225。第一行车车道215例如在右侧由第一边界线210限界。在第一行车车道215和第二行车车道225之间作为虚线构造有车道分隔线220。第二行车车道225由作为实线的左边界线230限界。

在第一行车车道215下方示出了示例性的车道保持曲线。如已经说明的那样，车道保持曲线表示作用到车辆的方向盘上的转矩M与车辆垂直于行驶方向的位置之间的函数关系。转矩M通过车道保持模块130被控制输入到转向系统70上，使得驾驶员在方向盘上感受到该转矩M。对于期望的行驶路线O(例如中心位置)而言，该转矩为零，并且从该处起向右和向左升高，其中，转矩在不同的方向上起作用。由于被控制输入到方向盘上的转矩M在行驶路线O处改变了其正负符号，因此所示的转矩M是起作用的转矩的绝对值。

在图2A的实施例中，行驶路线O大致在第一行车车道215的几何中心处。如果车辆从行驶路线O向右或向左运动，则被控制输入的转矩M这样起作用，使得车辆(至少只要驾驶员不干预就)被自动地引导回到行驶路线O上。

被控制输入的转矩M的升高可以是线性的或非线性的。例如，被控制输入的转矩M首先在行驶路线O附近线性地升高。然而，在右边界线210或者车道分隔线220附近，转矩明显更强烈地升高。位置离行驶路线O越远，该升高会更强烈。驾驶员明显感觉到该升高。

然而，几何中心通常不是期望的位置，该期望的位置(也在具体的行驶状况和车道宽度方面)被驾驶员偏爱并且在该期望的位置上驾驶员感到安全。因此，实施例也允许通过车道保持系统来学习行驶路线O，使得改变模块将行驶路线O调设到按照驾驶员理想地要由车辆遵守的位置上。

图2B示出了这种车道保持系统的一个实施例，其中，通过该系统自动地学习行驶路线O。在所示实施例中，行驶路线O未布置在第一行车道215的第一几何中心处，而是朝着右行车道边界210的方向进一步推移。推移的结果是，被控制输入的转矩M朝着右行车道边界210的方向比朝着车道分隔线220的方向更强烈地升高。

例如可以这样学习行驶路线O，使得驾驶员继续(例如在确定的最小持续时间内)遵守与右行车道边界210(或车道分隔线220)的确定间距。车道保持系统然后可以相应于该驾驶员期望，并且将车道保持曲线的最小值推移到该位置上并因此屈服于驾驶员期望。也可以通过驾驶员的相应输入来调设期望的行驶路线O。预先确定的持续时间例如可以是10s、30s、60s或更长时间。也可以通过评估经过的较长行驶周期(例如几小时或几天)来学习期望的行驶路线O。因此，该系统可以分析在过去的时间段中的车辆位置，并自动调设由此得出的平均值。

以这种方式，这些实施例可以实现，任何驾驶员都可以(至少只要不存在与障碍物的碰撞危险)行驶其自己的行驶路线O。以这种方式，驾驶员获得了高度安全性。图2A中的车道保持曲线可以视为静态(与驾驶员的具体行为无关)，而图2B中的车道保持曲线可以动态地匹配于驾驶员期望。行驶路线O从中心位置向右行车道边界210的方向的推移尤其对于窄的行车道是有利的，以便因此确保可以安全地避让迎面驶来的车辆。然而，两者都是自适应的，因为它们与车辆环境有关。

图3A和3B示例性地示出了根据另外的实施例的根据车道宽度B1、B2对车道保持曲线进行的匹配。图3A示出了具有较小车道宽度B1的车道215，而图3B示出了具有较大车道宽度B2的车道215。

车道宽度B1、B2可以由传感器51、52来求取，其中，通常仅确定车道宽度的扩宽或减小就已足够。根据实施例，针对图3B中的较宽车道这样改变车道保持曲线，使得该车道保持曲线首先保持平坦，并且在右行车道边缘210或车道分隔线220附近才更强烈地升高。因此，对于较宽的车道215，可以将车道保持曲线在中心区域205中整平，使得在这里没有转矩M起作用或者仅微小地形成升高。例如，可以这样选择中心区域205的升高，使得该升高比在中心区域205以外的升高或者对于图3A中的较窄车道215而言的升高至少小50％。

中心区域205的宽度例如可以根据车道宽度B2来选择。另外，从确定的最小车道宽度起才需要形成中心区域205。

通常，被控制输入的转矩M朝着边界线210、220和行车道分隔线220的方向越来越强烈地升高。但是，该升高也可以更小或更大，或者也可以是恒定的。例如，在离开整平区域205时，首先可以非常有力地显现车道保持系统的使用，以便明显地向驾驶员指示正在使用自适应车道控制。如图3B进一步示出，然而，被控制输入的转矩然后可以保持几乎恒定(仅略微提高)，以便使驾驶员能够容易地在第一车道215的宽的部分上进行控制。在临界区域中在越过边界线210、220或车道分隔线220时，被控制输入的转矩M才再次明显升高，使得驾驶员明显地感觉到危险。

图4A和4B示出了实施例，其中，车道保持曲线根据环境中的障碍物或其他对象来改变，其中，例如可以通过传感器51、52来探测障碍物，或者也可以从其他信息源、例如导航装置获知障碍物。

在图4A中示例性地示出，在右侧作为障碍物存在有护栏或其他侧边界250(例如树木或建筑工地边界)。在图4B中，障碍物是第二车道225中的迎面驶来的车辆260。在这两种情况下，车道保持曲线可以根据探测到的对象250、260来改变。

在图4A中，基于识别到的侧边界250这样改变车道保持曲线，使得车辆不会靠近侧边界250。这可以通过使车道保持曲线朝向侧边界250的转矩曲线的升高变大来实现，从而当驾驶员朝向示例性的护栏250的方向行驶时使更强的转矩M作用到方向盘上。这种更强的反作用力(与没有护栏250的情况相比)可以这样选择，使得驾驶员明显地感知到该反作用力(例如至少提高了10％或40％)。

图4B示出了一个实施例，根据该实施例，车道保持曲线根据可能存在的反向交通260来改变。因此，例如当探测到迎面驶来的车辆260时，可以这样改变车道保持曲线，使得确保与迎面驶来的车辆260的足够间距。在此，又可以这样改变车道保持曲线，使得在朝着反向交通的方向上改变方向时，被控制输入的转矩M或力增强，而在相反的方向上明显下降(比不存在反向交通时；例如至少增强10％或40％)。驾驶员再次明显地感知到这一点并因此被提示有危险。

根据实施例，对迎面驶来的车辆260的探测能够导致车道保持系统停用。在此可以将相应的提示输出给驾驶员。当车道保持系统仅被设置用于相邻行车道上的车辆沿相同方向运动的行车道(例如高速公路)时，这尤其是有意义的。

此外可能的是，可以使用附加的动态或静态车辆数据，以便改变车道保持曲线。这些车辆数据示例性地是车辆的速度或弯道行驶或位置。也可以评估地图资料，以便根据具体的行驶状况事先对车道保持曲线进行相应改变。

图5示例性地示出了用于自适应地匹配车道保持曲线的和与此相应地干预商用车转向系统的流程图。

首先，该系统检测各种环境数据。属于此的例如有：检测行车车道(步骤502)、可能地检测车辆数据(步骤504)和自适应地检测对象数据(步骤506)。在检测车道之后，可以进行至少一个车道的评估和识别(步骤510)。在该评估中，可以进行车辆的位置确定(步骤520)。此外，车辆数据和选出的车道可以用于通过该系统来学习行驶路线O(步骤530)。所进行的位置确定和相应于驾驶员期望对行驶路线O的可选学习可以首先被组合(步骤540)，随后被处理成转矩要求(步骤550)，然后将该转矩要求相应地施加到转向系统上。

与此并行地，该系统也考虑驾驶员要求(步骤560)，该驾驶员要求与在步骤550中求取的转矩要求进行比较(步骤570)。在比较时确定由系统求取的转矩要求或由驾驶员要求的转矩要求哪个更大，然后可以将该转矩要求输出。将结果转发给转向系统(步骤580)。例如，如果驾驶员要求足够强烈，则系统遵循驾驶员要求。然而，如果驾驶员要求较弱并且因此驾驶员屈服于由系统计算出的转矩，则该系统遵循该计算出的转矩。自适应转向系统也可以处理自适应的对象数据(步骤506)，例如关于障碍物的对象数据。对转向系统进行输出(步骤590)，并且该输出导致车辆的方向改变。

该方法也可以是计算机实现的，也就是说该方法可以通过指令来实现，所述指令存储在存储介质上，并且能够当该方法在处理器上运行时实施该方法的步骤。所述指令通常包括一个或多个指令，这些指令能够以不同的方式存储在(具有处理器的)控制单元中或控制单元外围，当这些指令被读取并且被控制单元实施时，这些指令促使控制单元实施为了实施根据本发明的方法所需的功能、功能性和运算。

在说明书、权利要求书和附图中公开的本发明特征既可以以单独的方式又可以以任意组合的方式对于实现本发明是重要的。

附图标记列表

51 摄像机

52 雷达

60 车辆数据

70 转向系统

110 输入模块

120 评估模块

121 车道探测单元

122 障碍物识别单元

130 车道保持模块

140 改变模块

200 行车道

205 车道保持曲线的整平区域

210 右边界线

215 第一行车车道

225 第二行车车道

220 车道分隔线

230 左边界线

250、260 障碍物

502、504… 方法步骤

B1、B2 车道宽度

O 行驶路线

Claims

1.一种用于商用车的自适应车道保持系统，其特征在于，具有：

-输入模块(110)，用于输入来自至少一个传感器(51、52)的传感器数据，所述传感器构造成用于检测所述商用车的周围环境；

-评估模块(120)，用于评估所述传感器数据，以便求取所述商用车在行车道上的相对位置；

-车道保持模块(130)，用于基于车道保持曲线来操控所述商用车的转向系统(70)，以便支持车道(215)的保持，所述车道保持曲线限定了待控制输入到所述商用车的方向盘上的转矩(M)；和

-改变模块(140)，用于响应于所检测的周围环境中的改变来改变所述车道保持曲线。

2.根据权利要求1所述的车道保持系统，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于根据车道宽度(B1、B2)来改变所述车道保持曲线。

3.根据权利要求2所述的车道保持系统，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于将所述车道保持曲线在所述车道(215)的中心区域(205)中整平，在所述中心区域处，待控制输入的转矩(M)的量值最小，其中，被整平的中心区域(205)随着车道宽度(B2)增加。

4.根据上述权利要求之一所述的车道保持系统，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于基于驾驶员期望来学习所述商用车的行驶路线(O)。

5.根据权利要求4所述的车道保持系统，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于通过驾驶员的输入和/或根据由驾驶员沿着期望的路线对所述商用车的继续控制来设定所述行驶路线(O)。

6.根据上述权利要求之一所述的车道保持系统，其特征在于，所述评估模块(120)构造成用于探测所述商用车的周围环境中的至少一个障碍物(250、260)，并且所述改变模块(140)构造成用于在检测到所述商用车的周围环境中的至少一个障碍物(250、260)时根据所述至少一个障碍物(250、260)的位置来改变所述车道保持曲线。

7.根据权利要求6所述的车道保持系统，其特征在于，所述车道保持模块(130)构造成用于在所述评估模块(120)已经将迎面驶来的车辆(260)探测为障碍物时结束或中断对所述转向系统(70)的操控。

8.根据权利要求6或7所述的车道保持系统，其中，所述至少一个障碍物(250、260)包括以下障碍物中的一个或多个：路缘、护栏(250)、其他车辆(260)、迎面驶来的车辆、建筑工地边界、树木、隧道，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于朝着所述至少一个障碍物(250、260)的方向进一步提高所述车道保持曲线。

9.根据上述权利要求之一所述的车道保持系统，其中，所述商用车提供与车辆有关的数据(60)，尤其是车速、弯道行驶、位置和/或即将发生的方向变化，其特征在于，所述改变模块(140)构造成用于在改变所述车道保持曲线时考虑所述与车辆有关的数据(60)。

10.一种商用车，具有转向系统、至少一个传感器(51、52)和方向盘，其特征在于，所述商用车具有根据上述权利要求之一所述的车道保持系统。

11.根据权利要求10所述的商用车，其特征在于，所述商用车的转向系统具有液压转向促动器。

12.一种用于将商用车自适应地保持在车道(215)中的方法，其特征在于：

-接收来自至少一个传感器(51、52)的传感器数据，所述传感器构造成用于检测所述商用车的周围环境；

-评估所述传感器数据，以便求取所述商用车在行车道(215)上的相对位置；

-基于车道保持曲线操控所述商用车的转向系统(70)，以便支持车道(215)的保持，所述车道保持曲线限定了待控制输入到所述商用车的方向盘上的转矩(M)；和

-响应于所检测的周围环境中的改变来改变所述车道保持曲线。

13.一种计算机程序产品，具有存储在其上的软件，所述软件构造成用于当在数据处理单元上实施所述软件时实施根据权利要求12所述的方法。