CN112537297A - 车道保持方法、系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车道保持方法、系统及车辆，其中，车道保持方法包括：获取车辆的姿态参数；根据所述姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹；根据所述目标回正轨迹建立车辆模型；根据所述车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度；根据所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪所述目标回正轨迹。本发明的车道保持方法，通过多项式规划车辆目标回正轨迹，在车辆发生无意识侧偏时，通过车道保持系统对侧偏车辆进行及时回正，实现车道保持功能。

Description

车道保持方法、系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种车道保持方法、车道保持系统以及车辆。

背景技术

车辆的智能化推动着车辆产业的进步与发展，不仅方便了车辆驾驶操作，还提升了车辆驾驶安全性。其中，车道保持系统是车辆ADAS((Advanced Driving AssistantSystem，高级辅助驾驶系统)的重要组成部分，能够在车辆无意偏离车道线时通过车辆主动控制，实现车辆回正。

在相关方案中，采用预瞄方法来对偏离车道的车辆进行回正控制，例如公开一种车道中央保持控制方法及系统，包括从高精地图服务器获取车辆所处车道的高精地图数据；识别并判断车辆所处车道的中央位置；定位车辆位置以及获取车辆偏航角和速度；生成一条沿车辆所处车道中央的虚拟车辆控制路径；生成虚拟车辆控制路径上的预瞄点位置，并利用预瞄点位置确定车辆跟踪虚拟车辆控制路径的方向偏差角；控制车辆沿所处车道中央方向偏差最小行驶。其中，预瞄点位置是不连续的，不符合车辆行驶的实际轨迹，存在偏差，不够精确。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种车道保持方法，该方法可以提升车道保持功能，降低控制误差。

本发明的第二个目的在于提出一种车道保持系统。

本发明的第三个目的在于提出一种车辆。

为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种车道保持方法，包括：获取车辆的姿态参数；根据所述车辆的姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹；根据所述目标回正轨迹建立车辆模型，并根据所述车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度；根据所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪所述目标回正轨迹。

根据本发明实施例的车道保持方法，通过多项式规划车辆目标回正轨迹，与传统的驾驶员预瞄模型不同，利用车辆的姿态信息生成的轨迹连续，且曲率连续，符合真实的车辆运动轨迹，因而在车辆偏离时，基于该目标回正轨迹进行回正控制，可以提升车道保持效果，提高控制精确度，降低控制误差。

在一些实施例中，所述车道保持方法还包括：获取车辆所处车道的高精度地图数据；获取卫星定位系统发送的车辆主定位数据和获取惯性测量装置检测的车辆辅定位数据；并根据所述车辆主定位数据和所述车辆辅定位数据确定所述车辆的定位数据，根据所述高精度地图数据和所述车辆的定位数据计算所述车辆的横向偏移值,根据所述横向偏移值判断是否执行车道保持策略。

利用高精度地图和卫星定位系统、惯性测量装置取代视觉摄像头检测车辆的横向偏移，在精度满足的前提下可以很好地判断出车辆偏移，避免了摄像头检测易受环境干扰的局限性给车道保持系统带来的不良效果。

在一些实施例中，所述横向偏移值包括横向偏移距离和横向偏移时间，所述根据所述高精度地图数据和所述定位数据计算车辆横向偏移值包括：根据所述高精度地图数据识别所述车辆所处车道的左右车道线，并根据所述左右车道线计算所述车辆所处车道中心线的坐标值；根据所述定位数据确定所述车辆的位置坐标值；根据所述车辆所处车道中心线的坐标值和所述位置坐标值计算车辆横向偏移距离；计算所述车辆的航向角、车辆横摆角速度、车辆横向速度；根据所述车辆的航向角、所述车辆横摆角速度、所述车辆横向速度和车速计算车辆的横向偏移时间。

在一些实施例中，所述车道保持方法，还包括：判断所述车辆横向速度是否小于或等于车辆横向速度阈值；如果是，采用FOD(Future Offset Distance，车辆横向偏移计算方法)法检测车辆横向偏移是否超过偏移阈值，如果否，采用TLC(Time to Lane Cross，车辆横向偏移计算方法)法检测车辆横向偏移是否超过所述偏移阈值，确定所述车辆的横向偏移超过所述偏移阈值，进行车道偏离预警,在预设时间后未接收到操作指令，执行车道保持策略。

选择性地判断车辆的横向偏移值是否超过偏差阈值，能更好地反映车辆横向偏移的速度、位移与主动回正的关系。

在一些实施例中，根据车辆的姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹，包括：根据车辆回正时间建立五次多项式参数与车辆的姿态参数的关系矩阵；根据检测的所述关系矩阵和所述车辆的姿态参数确定五次多项式参数；根据所述车辆的姿态参数、所述五次多项式参数、所述关系矩阵建立五次多项式；根据所述五次多项式获得车辆回正时间内的多条回正轨迹；根据所述车辆回正时间内所述车辆的姿态参数的约束条件，建立回正轨迹函数；根据所述回正轨迹函数确定多条所述回正轨迹中总费用最低的轨迹作为所述目标回正轨迹。

在一些实施例中，根据所述目标回正轨迹建立车辆模型，并根据所述车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度，包括：根据所述目标回正轨迹建立二自由度车辆模型；根据所述二自由度车辆模型计算所述车辆回正时的转向轮的实时转角；根据所述转向轮的实时转角和转向系统的传动比计算所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度。其中，在二自由度车辆模型中计算车辆前轮转角，相较于假设车辆稳态下得到的前轮转角值要真实可靠，提高回正控制精度。

在一些实施例中，根据所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪所述目标回正轨迹，包括：检测方向盘实际转角速度；根据所述目标方向盘转角速度和所述方向盘实际转角速度进行PID计算，输出目标转矩电流；检测转向驱动电机的实际电流；根据所述目标转矩电流和所述实际电流进行PID计算，输出转向控制电压；根据所述转向驱动电压控制所述转向电机运行，以驱动所述方向盘转向，直至所述方向盘转角达到所述目标方向盘转角。

通过PID控制，便于控制电机对转角速度的跟踪，提高车辆对规划轨迹的跟踪效果，最终提升车道保持功能的效果。

为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出的车道保持系统，包括：地图装置，用于获取车辆所处车道的高精度地图数据；定位装置，用于检测车辆的主定位数据和车辆辅定位数据；车辆传感装置，用于采集车辆运行参数和状态参数；转向控制装置，用于根据车道保持控制命令控制所述车辆的转向系统；车道保持控制装置，用于执行上面实施例所述的车道保持方法。

根据本发明实施例的车道保持系统，通过车道保持控制装置执行所述的车道保持方法，可以提升车道保持效果，提高回正控制精确度，降低控制误差。

在一些实施例中，所述定位装置包括：卫星定位数据接收器，用于接收卫星定位系统发送的车辆主定位数据；惯性测量装置，用于检测车辆辅定位数据；所述车道保持控制装置在确定所述车辆的定位数据时用于，根据所述车辆主定位数据和所述车辆辅定位数据确定所述车辆的定位数据。

为了达到上述目的，本发明的第三方面实施例提出的一种车辆,包括上面实施例提到的车道保持系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的车道保持系统，可以提高回正控制精度，降低控制误差，提升车道保持功能的效果，提高安全性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的车道保持方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的检测车辆横向偏移方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的TLC方法判断车辆偏移示意图；

图4是根据本发明一个实施例的车辆五次多项式回正轨迹簇示意图；

图5是根据本发明一个实施例的二自由度车辆模型示意图；

图6是根据本发明一个实施例的转向系统控制车辆回正示意图；

图7是根据本发明一个实施例的一种车道保持系统的框图；

图8是根据本发明一个实施例的一种车辆的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

对于采用预瞄方法来对偏离车道的车辆进行回正控制，存在由于预瞄点不连续造成不符合车辆实际轨道、控制不精确的问题，本发明实施例提出的车道保持方法，可以提升车道保持效果，提高控制精确性。

图1是根据本发明一个实施例的车道保持方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的车道保持方法至少包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4以及步骤S5，具体如下。

步骤S1，获取车辆的姿态参数。

在实施例中，车辆的姿态参数包括车辆的位置参数、速度参数和加速度参数中的一个。由于车辆发生偏离车道时，启动车道保持功能，姿态参数可以采用车辆的横向位置、横向速度和横向加速度中一个，横向位置可以为车辆对称中轴线偏移车道中心线的位置。

步骤S2,根据姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹。

具体地，多项式规划轨迹是指，在二维空间中，给定起点和终点状态，计算一条连接两点的平滑曲线，包括一次多项式曲线、三次多项式曲线、五次多项式曲线。

例如，在一些实施例中，采用五次多项式规划目标回正轨迹，五次多项式方式在基于六个自由度限制条件下规划路径，相较于三次多项式方式，可以使得加速度参数更加平滑。

相较于预瞄方法，采用多项式规划目标回正轨迹，利用车辆的姿态参数例如位置参数、速度参数、加速度参数生成的轨迹连续，且曲率连续，符合真实的车辆运动轨迹。

步骤S3,根据目标回正轨迹建立车辆模型。

具体地，典型的车辆模型包括二自由度车辆模型、七自由度车辆模式。

在一些实施例中，基于通过多项式规划的目标回正轨迹建立二自由度车辆模型，具体地，将车辆视为两轮模型，根据车辆前后轮受到的侧向力与沿质心受到的横摆力矩，得到二自由度车辆模型的模型数学表达式。

步骤S4,根据车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度。

例如，基于二自由度车辆模型，根据二自由度车辆模型的数学表达式，可以解得回正过程中的车辆实时前轮转角，再以车辆为前轮转向为例，根据转向系传动比即可得出车辆的目标方向盘转角和目标方向盘转角速度。

步骤S5,根据目标方向盘转角和目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪目标回正轨迹。

具体地，根据目标方向盘转角和目标方向盘转角速度输出转向控制指令，并将转向控制指令发送给转向控制装置，转向控制装置驱动转向结构运动，进而使得方向盘以该目标方向盘转角速度转向该目标方向盘转角位置，从而可以使得车辆追踪目标回正轨迹，使得车辆回正至车道范围内行驶，实现车道保持功能，提高驾驶安全性。

根据本发明实施例的车道保持方法，根据车辆的姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹，与传统的预瞄模型不同，该目标回正轨迹连续且曲率连续，符合真实的车辆运动轨迹，并基于该目标回正轨迹建立车辆模型，计算车辆回正时的前轮转角，结合车辆传动系的传动比得到目标方向盘转角和目标方向盘转角速度，通过转向电机对得到的目标方向盘转角和目标方向盘转角速度输出的车道保持命令，控制转向系统对目标回正轨迹的追踪，使得偏离运行轨迹车辆能够回正到车道范围内行驶，以此来提升车道保持效果，提高控制精确性。

在本发明的一些实施例中，车道保持方法还包括获取车辆所处车道的高精度地图数据；获取卫星定位系统发送的车辆主定位数据和获取惯性测量装置检测的车辆辅定位数据，并根据车辆主定位数据和车辆辅定位数据确定车辆的定位数据；根据高精度地图数据和车辆的定位数据计算车辆横向偏移值，根据所述横向偏移值判断是否执行车道保持策略。

具体地，高精度地图记录有高精度坐标，有每个车道的数据信息，包括每条车道的具体数据，根据车辆行驶的当前车道左右车道线，计算出当前车道中心线的坐标为车辆所处车道的高精度地图数据。并且，高精度地图融合了激光雷达、GPS(Global PositioningSystem,全球定位系统)、摄像头等数据，有高精度的坐标，包括每个车道的数据信息，并且具有可移植性。

使用卫星定位系统对车辆当前位置进行定位时，由于卫星定位系统容易受到周围障碍物的影响，获取的车辆定位数据偏差较大，因此为了提高定位精度，还要通过惯性测量装置辅助卫星定位系统对车辆当前位置进行定位，提高当前车辆定位数据的准确性。在获得车辆所处车道的高精度地图数据与车辆的定位数据后，计算车辆横向偏移值。

在本发明实施例中，横向偏移值包括横向偏移距离和横向偏移时间，根据高精度地图数据和定位数据计算车辆横向偏移值，包括根据高精度地图数据识别车辆所处车道的左右车道线，并根据左右车道线计算车辆所处车道中心线的坐标值；根据定位数据确定车辆的位置坐标值；根据车辆所处车道中心线的坐标值和位置坐标值计算车辆横向偏移距离；计算车辆的航向角、车辆横摆角速度、车辆横向速度；根据车辆的航向角、车辆横摆角速度、车辆横向速度(即车辆接近车道线速度)和车速计算车辆的横向偏移时间。

具体地，车辆的横向偏移值包括车辆的横向偏移距离和车辆的横向偏移时间，在计算车辆的横向偏移距离时，高精度地图记录有每条车道线的具体数据，因此根据行驶车辆的当前车道左右车道线计算出当前车道中心线的坐标值；然后，通过全球定位系统对行驶车辆当前位置进行定位，并使用IMU(Inertia Measurement Unit，惯性测量单元)辅助GPS进行定位，为了计算方便，将GPS放置在车辆前轴中心处，以此来得到GPS确定的车辆的位置坐标；车辆所处车道中心线的坐标值与车辆位置坐标值的差值为车辆的横向偏移距离，该差值为正，则车辆左偏；该差值为负，则车辆右偏。

进一步地，计算车辆的横向偏移时间时，根据当前车道中心线与GPS，测得的车辆实际行驶路径得到车辆的航向角可以用β表示。车辆横摆角速度ω和车辆横向速度v_y通过IMU计算得到。车辆的横向速度u通过车辆ESC(Electronic Stability Controller，车身电子稳定性控制系统)发送得到，根据得到的车辆航向角β、横摆角速度ω、横向速度v_y计算车辆的横向偏移时间。

在本发明一些实施例中，车道保持方法，还包括判断车辆横向速度是否小于或等于车辆横向速度阈值；如果是，采用FOD法检测车辆的横向偏移值是否超过偏移阈值，如果否，采用TLC法检测车辆的横向偏移是否超过偏移阈值，确定车辆的横向偏移超过所述偏移阈值，进行车道偏离预警，在预设时间后未接受到操作指令，执行车道保持策略。

具体地，如图2所示，为根据本发明一个实施例的检测车辆横向偏移方法的流程图，本发明实施例的检测车辆横向偏移的方法至少包括步骤S21、步骤S22、步骤S23、步骤S24、步骤S25、步骤S26以及步骤S27。

步骤S21，车道保持功能激活状态。

车道保持功能处于激活状态时，会不断采集车辆的姿态参数，从而得到车辆的横向偏移值。

步骤S22，判断车辆横向速度(车辆接近车道线速度)是否小于或等于车辆的横向速度阈值v_th。若是，执行步骤S23，若否，执行步骤S25。

具体地，将车辆横向速度阈值设为v_th，预设距离阈值设为w_th，预设时间阈值为t_th。判断车辆的横向偏移值是否达到偏移阈值，其中，车辆的横向偏移值达到偏移阈值分为两种情况，即车辆的横向偏移距离达到阈值；车辆横向偏移时间达到阈值，并判断车辆的横向偏移速度v_y是否小于或等于车辆的横向速度阈值v_th。

步骤S23，采用FOD算法检测车辆的横向偏移值是否超过偏移阈值。

其中，FOD算法与TLC算法类似，是根据车辆的跨越车道线之前剩余的时间与阈值进行比较，进而判断车辆是否会发生车道偏离，该算法考虑了驾驶员的行为特性，即考虑了驾驶员转向的习惯导致的偏移量。即当v_y≤v_th，采用FOD算法检测车辆的横向偏移值与偏移阈值的关系。在实施例中，前轴左车轮距左侧车道线的距离或车辆前轴右车轮距右侧车道线的距离，与车辆横向偏移距离的和为半个车道。

步骤S24，判断车轮离车道线距离是否小于距离阈值w_th。

若是，则车辆前轴左车轮距左侧车道线的距离小于距离阈值w_th，或者，车辆前轴右车轮距右侧车道线的距离小于预设距离阈值w_th，表示车辆横向偏移距离超过偏移阈值。

若否，转而继续执行步骤S22。

步骤S25，采用TLC算法检测车辆的横向偏移值是否超过偏移阈值。

其中，TLC算法是指从车辆当前位置到车辆与车道线开始接触为止所需要的时间，也可以称为车辆从当前时刻开始到车辆偏离本车道之前所剩余的时间，为了尽可能的快速识别未来可能发生的轨迹偏离，是提出该算法的主要目的。即当v_y>v_th时，启用TLC法检测车辆的横向偏移与偏移阈值的关系。

步骤S26，判断车辆的跨道时间是否小于预设时间阈值t_th。

若是，即TLC<t_th，表示车辆的横向偏移值超过偏移阈值。

若否，转而继续执行步骤S22。

步骤S27，进行车道偏离预警。

当车辆横向偏移达到阈值时，及时进行车道偏离预警操纵，报警形式包括蜂鸣器声音报警、仪表台声光报警、驾驶员座椅震动报警，本申请对此不做限制。

进一步地，在步骤S25中，利用TLC算法检测车辆的横向偏移时间的过程如下，如图3所示，为根据本发明实施例的TLC方法判断车辆偏移示意图，在本实施例中车辆的航向角记为β，车辆横摆角速度通过IMU计算得到，记为ω。车辆的横向速度接近车道线速度，记为v_y，车辆轴距记为L，车辆轮距记为W，车道宽记为W_lane，车辆前轴中心坐标记为(x,y)，则车辆前轴距车道中心线距离为y，车辆绕半径为R_v的圆弧行驶，当车辆前轮压车道线时，行驶的圆弧弧度为α，则：

公式一：

根据正弦定理得到：

公式二：

因此，当车辆以一定横摆角速度ω发生偏移时，

公式三：

当车辆横摆角速度ω＝0时，车辆以一定横向速度v_y发生偏移时，

公式四：

当车辆的横向偏值超过偏移阈值时，要及时进行车道偏离预警操作，当驾驶员在偏离预警后的一定时间t_warn内操纵方向盘，并且方向盘力矩(由转矩传感器测得)大于临界值T_torque、力矩持续时间大于t_torque时，车道保持系统暂时待机，否则由车道保持系统规划回正轨迹并回正。

在本发明一些实施例中，根据车辆的姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹，包括根据车辆回正时间，建立五次多项式参数与车辆的姿态参数的关系矩阵；根据检测的关系矩阵和车辆的姿态参数确定五次多项式参数；根据车辆的姿态参数、五次多项式参数、关系矩阵建立五次多项式；根据五次多项式获得车辆回正时间内的多条回正轨迹；根据车辆回正时间内车辆的姿态参数的约束条件，建立回正轨迹函数；根据回正轨迹函数确定多条回正轨迹中总费用最低的轨迹作为目标回正轨迹。

具体地，当车辆横向偏移值超过偏移阈值且在一定时间内驾驶员未进行操作的情况下，车道保持系统将根据车辆的姿态参数，例如车辆当前横向位置

横向速度

横向加速度

以及期望的横向位置

横向速度

横向加速度

采用多项式规划目标回正轨迹，例如采用五次多项式规划目标回正轨迹。整个回正过程的时间为T＝t_c-t₀，即车辆在t₀时刻确定横向偏移达到偏移阈值，则进行主动回正，在t_c时刻完全回正。其中，五次多项式参数记为矩阵X，A为关系矩阵，Y表示车辆姿态参数矩阵，如下所示：

五次多项式参数记为矩阵X、关系矩阵A与车辆姿态参数矩阵Y满足Y＝A*X关系，从而解得五次多项式的参数矩阵X，在回正过程中t时刻车辆的状态Y_t＝A_t*X:

其中，y_t、v_y,t和a_y,t分别表示车辆在回正过程中t时刻的横向位移、横向速度与横向加速度。并且车辆的回正时间T为一个范围值，因此会得到多条回正轨迹，如图4所示，为本发明一个实施例的车辆五次多项式轨迹簇示意图。在回正过程中，车辆的横向速度(即车辆接近车道线的速度)受到的约束记为v_y,min≤v_y,t≤v_y,max，其中，v_y,min和v_y,max分别表示车辆的最小横向速度与最大横向速度，车辆的横向加速度受到的约束记为a_y,min≤a_y,t≤a_y,max,则a_y,min和a_y,max分别表示车辆的最小横向加速度与最大横向加速度。在此姿态参数的约束条件下建立回正轨迹函数F_cost(t)：

F_cost(t)＝f(T)+f(y)+J(t)

f(T)表示回正过程的时间费用函数，f(y)表示回正过程的横向距离费用函数，J(t)表示回正过程的舒适度函数。在满足约束条件的前提下确定多条回正轨迹中总费用最低的轨迹作为目标回正轨迹。

在本发明的一些实施例中，根据目标回正轨迹建立车辆模型，并根据车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度，包括根据目标回正轨迹建立二自由度车辆模型；根据二自由度车辆模型计算车辆回正时的转向轮的实时转角；根据转向轮的实时转角和转向系统的传动比计算目标方向盘转角和目标方向盘转角速度。

具体地，根据目标回正轨迹建立二自由度车辆模型，二自由度车辆模型的数学表达式为：

如图5所示，为本发明一个实施例的二自由度车辆模型示意图。结合二自由度车辆模型的数学表达式，可解得车辆回正过程中的实时前轮转角，例如以δ表示车辆前轮转角，其中，k₁，k₂为前后轮侧偏刚度，γ为质心侧偏角，l_f，l_r为质心到前后轴中心的距离，m为车的质量，ω为横摆角速度，I_z为车辆绕z轴的转动惯量；u和v为车辆坐标系下的纵向速度与横向速度，

u由车辆ESC测得，表示车道保持过程车辆保持匀速行驶，车辆靠近车道线的速度v_y,t＝usinβ+vcosβ，β为车辆航向角，

通过v_y,t、u、a_y,t可得到车辆回正过程中v、ω的值，最后将得到的参数带入二自由度车辆模型的数学表达中，得到车辆回正时的转向轮的实时转角δ。结合车辆转向系传动比，将传动比记为i，计算车辆的目标方向盘转角为g(t)＝iδ，目标方向盘转角速度h(t)＝g(t)/t。

在本发明的一些实施例中，根据目标方向盘转角和目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪目标回正轨迹包括：检测方向盘实际转角速度；根据目标方向盘转角速度和方向盘实际转角速度进行PID计算，输出目标转矩电流；检测转向驱动电机的实际电流；根据目标转矩电流和实际电流进行PID计算，输出转向控制电压；根据转向驱动电压控制转向电机运行，以驱动方向盘转向，直至方向盘转角达到目标方向盘转角。

具体地，如图6所示，为本发明一个实施例的转向控制车辆回正过程的示意图。车辆回正过程中，根据车辆姿态参数，采用五次多项式方式获得目标回正轨迹，并建立二自由度车辆模型，并根据车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度，并进行电机调节控制，在电机调节控制时，将目标方向盘转角速度和方向盘的实际转角速度进行PID计算，得到目标转矩电流，再将目标转矩电流与实际电流进行PID计算，得到转向控制电压，此时通过PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)对电压进行调制后，根据驱动电压控制转向电机运行，以此来驱动方向盘转向，直至方向盘转角达到目标方向盘转角，完成目标回正轨迹。其中，目标方向盘转角用g(t)表示、目标方向盘转角速度用h(t)表示。

在本发明一些实施例中，车道保持方法还包括检测到车道保持系统启动信号，控制车道保持系统启动；获取车辆的制动信息和转向信息；根据车辆的制动信息和驱动信息确定车辆匀速运行，且根据转向信息确定车辆直线运行，则激活所述车道保持系统。在主动回正过程中，若驾驶员操纵车辆则车道保持系统暂时待机。

具体地，车道保持功能开关由驾驶员手动开启或者关闭，当车道保持功能开启后，通过检测车辆速度、加速度、转向灯等条件判断是否激活车道保持系统，当根据车辆制动系统和驱动系统确定车辆处于匀速运行状态，并无转向灯开启，则激活车道保持系统。

在本发明一些实施例中，检测到车辆进行转向或加速或减速，控制车道保持系统进入待机状态。

具体地，当检测到车辆制动系统、驱动系统工作产生加减速时或车辆转向灯开启时，车道保持功能将暂时处于待机状态，并在确定车辆下次匀速运行，并无转向灯开启时再次激活车道保持功能。该车道保持系统可以设置一个激活速度V，当车辆行驶速度大于激活速度时，车道保持系统方可激活。

概括来说，根据本发明实施例的车道保持方法，通过多项式规划车辆目标回正轨迹，与传统的驾驶员预瞄模型不同，避免了摄像头检测易受环境干扰的局限性给车道保持系统带来的不良效果，利用车辆的姿态信息生成轨迹连续，且曲率连续，符合真实的车辆运动轨迹，根据目标回正轨迹建立车辆模型，并计算车辆主动回正时的前轮转角，结合车辆传动系的传动比，计算车辆主动回正时的方向盘目标转角与方向盘转角速度，并通过转向电机对方向盘转角速度与转矩电流的PID计算，得到控制电压，对电压调制后，根据驱动电压控制转向电机运行，以此来驱动方向盘转向，直至方向盘转角达到目标方向盘转角，完成目标回正轨迹，实现车道保持功能，提升车道保持功能的效果。

下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例的车道保持系统。

图7是根据本发明一个实施例的一种车道保持系统的框图，如图7所示，是本发明实施例的车道保持系统30，包括地图装置310、定位装置320、车辆传感装置330、转向控制装置340、车道保持控制装置350。

其中，地图装置310用于获取车辆所处车道的高精度地图数据；定位装置320用于检测车辆主定位数据和车辆辅定位数据；车辆传感装置330用于采集车辆运行参数和状态参数；转向控制装置340用于根据车道保持控制命令控制车辆的转向系统；车道保持控制装置350用于执行上面实施例提到的车道保持方法。

根据本发明实施例的车道保持系统30，通过车道保持装置350执行上面实施例的车道保持方法，利用地图装置310和定位装置320获取车道的高精度地图数据于车辆定位数据，通过多项式规划车辆目标回正轨迹。与预瞄方法不同，避免摄像头检测易受环境干扰的局限性，提升车道保持效果，提高回正精度。

在一些实施例中，定位装置320包括卫星定位数据接收器360，定位数据接收器360用于接收卫星定位系统发送的车辆主定位数据；惯性测量装置370用于检测车辆辅定位数据；车道保持控制装置350在确定车辆的定位数据时，用于根据车辆主定位数据和车辆辅定位数据确定车辆的定位数据，从而可以提高车辆定位精度。

下面参照附图描述根据本发明第三方面实施例的一种车辆。

图8是根据本发明一个实施例的一种车辆的框图，如图8所示，是本发明实施例的一种车辆40，包括上面实施例提到的车道保持系统30。

根据本发明实施例的车辆40通过采用上面实施例的车道保持系统30，可以提高回正控制精度，提升车道保持功能的效果，提高安全性。

在一些实施例中，车辆还包括启动装置320用于检测到启动操作，输出车道保持系统启动信号。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车道保持方法，其特征在于，包括：

获取车辆的姿态参数；

根据所述姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹；

根据所述目标回正轨迹建立车辆模型；

根据所述车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度；

根据所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪所述目标回正轨迹。

2.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，所述车道保持方法还包括：

获取车辆所处车道的高精度地图数据；

获取卫星定位系统发送的车辆主定位数据和获取惯性测量装置检测的车辆辅定位数据，并根据所述车辆主定位数据和所述车辆辅定位数据确定所述车辆的定位数据；

根据所述高精度地图数据和所述车辆的定位数据计算所述车辆的横向偏移值；

根据所述横向偏移值判断是否执行车道保持策略。

3.根据权利要求2所述的车道保持方法，其特征在于，所述横向偏移值包括横向偏移距离和横向偏移时间，所述根据所述高精度地图数据和所述定位数据计算车辆横向偏移值包括：

根据所述高精度地图数据识别所述车辆所处车道的左右车道线，并根据所述左右车道线计算所述车辆所处车道中心线的坐标值；

根据所述定位数据确定所述车辆的位置坐标值；

根据所述车辆所处车道中心线的坐标值和所述位置坐标值计算车辆横向偏移距离；

计算所述车辆的航向角、车辆横摆角速度、车辆横向速度；

根据所述车辆的航向角、所述车辆横摆角速度、所述车辆横向速度和车速计算车辆的横向偏移时间。

4.根据权利要求3所述的车道保持方法，其特征在于，所述车道保持方法，还包括：

判断所述车辆横向速度是否小于或等于车辆横向速度阈值；

如果是，采用FOD法检测所述车辆的横向偏移值是否超过偏移阈值；

如果否，采用TLC法检测所述车辆的横向偏移是否超过所述偏移阈值；

确定所述车辆的横向偏移超过所述偏移阈值，进行车道偏离预警；

在预设时间后未接收到操作指令，执行车道保持策略。

5.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，根据车辆的姿态参数采用多项式规划目标回正轨迹，包括：

根据车辆回正时间建立五次多项式参数与车辆的姿态参数的关系矩阵；

根据检测的所述关系矩阵和所述车辆的姿态参数确定五次多项式参数；

根据所述车辆的姿态参数、所述五次多项式参数、所述关系矩阵建立五次多项式；

根据所述五次多项式获得车辆回正时间内的多条回正轨迹；

根据所述车辆回正时间内所述车辆的姿态参数的约束条件，建立回正轨迹函数；

根据所述回正轨迹函数确定多条所述回正轨迹中总费用最低的轨迹作为所述目标回正轨迹。

6.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，根据所述目标回正轨迹建立车辆模型，并根据所述车辆模型获得目标方向盘转角和目标方向盘转角速度，包括：

根据所述目标回正轨迹建立二自由度车辆模型；

根据所述二自由度车辆模型计算所述车辆回正时的转向轮的实时转角；

根据所述转向轮的实时转角和转向系统的传动比计算所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度。

7.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，根据所述目标方向盘转角和所述目标方向盘转角速度输出车道保持控制命令，以控制转向系统追踪所述目标回正轨迹，包括：

检测方向盘实际转角速度；

根据所述目标方向盘转角速度和所述方向盘实际转角速度进行PID计算，输出目标转矩电流；

检测转向驱动电机的实际电流；

根据所述目标转矩电流和所述实际电流进行PID计算，输出转向控制电压；

根据所述转向驱动电压控制所述转向电机运行，以驱动所述方向盘转向，直至所述方向盘转角达到所述目标方向盘转角。

8.一种车道保持系统，其特征在于，包括：

地图装置，用于获取车辆所处车道的高精度地图数据；

定位装置，用于检测车辆主定位数据和车辆辅定位数据；

车辆传感装置，用于采集车辆运行参数和状态参数；

转向控制装置，用于根据车道保持控制命令控制所述车辆的转向系统；

车道保持控制装置，用于执行如权利要求1-7任一项所述的车道保持方法。

9.根据权利要求8所述的车道保持系统，其特征在于，所述定位装置包括：

卫星定位数据接收器，用于接收卫星定位系统发送的车辆主定位数据；

惯性测量装置，用于检测车辆辅定位数据；

所述车道保持控制装置在确定所述车辆的定位数据时用于根据所述车辆主定位数据和所述车辆辅定位数据确定所述车辆的定位数据。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的车道保持系统。

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