基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統和方法
2023-06-10 23:40:11
基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統和方法，車道保持及自動對中控制器通過攝像頭實時探測車輛前方道路車道標誌線信息；通過車身控制器獲取車輛當前轉向燈信息和前大燈信息，通過車身電子穩定系統獲取車輛當前車速信息；通過電動助力轉向系統獲取車輛當前轉角信息；再通過車道保持及自動對中控制器中的偏差預測算法、PID控制算法計算出當前車輛的期望轉角，通過CAN傳遞給電動助力轉向系統請求主動轉向，電動助力轉向系統接受期望轉角信號，從當前轉角轉動方向盤至期望轉角。同時產生報警信號與人機互動信號，通過CAN傳遞給車輛警示系統和人機互動界面。本發明能夠實現車道保持和自動對中功能。
【專利說明】基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於車道保持控制，具體涉及一種基於偏差預測算法的車道保持及自動對 中系統和方法。
【背景技術】
[0002] 車道保持及自動對中系統利用前視攝像頭識別行駛車道的標誌線，計算車輛與車 道的相對位置，當車輛偏離車道時，系統通過電動助力轉向系統（EPS)產生一個主動糾偏 的力矩，將車輛糾正回行駛車道或保持車輛在車道中間行駛。車道保持及自動對中系統主 要包含車道保持模式和自動對中模式。在不同的工作模式下，主動糾偏功能觸發的時機不 同。
[0003] 車道保持模式：以駕駛員操作為主。若駕駛員在無意識的情況下，使車輛非正常偏 離車道，系統能糾正車輛行駛軌跡，使車輛保持在原車道內行駛。
[0004]自動對中模式：以駕駛員在短時間內（如10s)無需對方向盤進行操作為基礎，在 此模式下，車輛能夠實現沿著車道中心自動對中行駛。本模式主要工作在駕駛員雙手短暫 離開方向盤之後。在自動對中模式工作過程中，若駕駛員接管方向盤，系統自動退出自動對 中模式，返回至車道保持模式。
[0005]隨著車道保持及自動對中系統為代表的汽車橫向控制系統的發展，對橫向控制系 統的性能和功能要求的不斷提高，對於不同的橫向控制系統，在實際使用條件下，忽略了 很多動態特性，比如運動過程中車輛相對於行駛車道的車身姿態，而這些動態特性對於系 統的性能影響非常大。另外，道路環境的變化使汽車運動學特性變得更加複雜。因此，有必 要對現有的車道保持及自動對中系統和方法加以改進。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統和方法， 以實現車道保持和自動對中功能。
[0007] 本發明所述的一種基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，包括：
[0008] 攝像頭，用於獲取車輛前方道路的車道標誌線信息並傳輸給車道保持及自動對中 控制器；
[0009] 車身控制器，用於獲取車輛當前轉向燈信息並傳輸給車道保持及自動對中控制 器；
[0010] 車身電子穩定系統，用於獲取車輛當前車速信息並傳輸給車道保持及自動對中控 制器；
[0011] 電動助力轉向系統，用於獲取車輛當前轉角信息並傳輸給車道保持及自動對中控 制器；
[0012]車道保持及自動對中控制器，車道保持及自動對中控制器通過CAN總線分別與車 身控制器、車身電子穩定系統和電動助力轉向系統進行通信，車道保持及自動對中控制器 通過視頻線與攝像頭連接，車道保持及自動對中控制器基於當前轉向燈信息、當前車速信 息判斷是否激活該車道保持及自動對中控制器的車道保持及自動對中功能，若是，車道保 持及自動對中控制器基於攝像頭獲取的車道標誌線信息通過偏差預測算法計算出前方預 瞄點的橫向偏差量，將該橫向偏差量作為PID控制算法的輸入，計算出期望轉角，並通過 CAN總線輸出給電動助力轉向系統，電動助力轉向系統接收期望轉角信號和當前轉角信息， 使方向盤從當前轉角轉動至期望轉角；
【權利要求】
1. 一種基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵在於： 攝像頭（5)，用於獲取車輛前方道路的車道標誌線信息並傳輸給車道保持及自動對中 控制器⑶； 車身控制器（2)，用於獲取車輛當前轉向燈信息並傳輸給車道保持及自動對中控制器 (6)； 車身電子穩定系統（7)，用於獲取車輛當前車速信息並傳輸給車道保持及自動對中控 制器⑶； 電動助力轉向系統（4)，用於獲取車輛當前轉角信息並傳輸給車道保持及自動對中控 制器⑶； 車道保持及自動對中控制器（6)，車道保持及自動對中控制器（6)通過CAN總線分別與 車身控制器（2)、車身電子穩定系統（7)和電動助力轉向系統（4)進行通信，車道保持及自 動對中控制器（6)通過視頻線與攝像頭（5)連接，車道保持及自動對中控制器（6)基於當 前轉向燈信息、當前車速信息判斷是否激活該車道保持及自動對中控制器（6)的車道保持 及自動對中功能，若是，車道保持及自動對中控制器（6)基於攝像頭（5)獲取的車道標誌線 信息通過偏差預測算法計算出前方預瞄點的橫向偏差量，將該橫向偏差量作為PID控制算 法的輸入，計算出期望轉角，並通過CAN總線輸出給電動助力轉向系統（4)，電動助力轉向 系統（4)接收期望轉角信號和當前轉角信息，使方向盤從當前轉角轉動至期望轉角；
所述橫向偏差量的計算公式如下 其中： d為預瞄點與車輛前軸中心的距離； Θ為車輛前軸中心當前時刻的偏航角； Xtxff車輛前軸中心與車道中心的偏移量； r為車道的半徑； X為預瞄點的橫向偏差量，即預瞄點相對於車輛當前位置車道切線垂直方向至車道中 心線的偏差量。
2. 根據權利要求1所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵在 於：還包括人機互動系統（1)，該人機互動系統（1)通過CAN總線與車道保持及自動對中控 制器（6)進行通信，駕駛員通過人機互動系統（1)來實現車道保持及自動對中系統的開啟 與關閉，並實時顯示該車道保持和自動對中系統的工作狀態。
3. 根據權利要求1或2所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵 在於：還包括警示系統（3)，其包括聲音報警器、IXD顯示器、方向盤震動器和座椅震動器的 一種或多種，且分別通過CAN總線與車道保持及自動對中控制器（6)進行通信，根據車道保 持及自動對中控制器（6)輸出的報警信息做出相應的響應，以提醒駕駛員。
4. 根據權利要求1或2所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵 在於：所述車身控制器（2)還用於獲取車輛當前的前大燈信息並傳輸給車道保持及自動對 中控制器（6)，當車身控制器（2)檢測到前大燈為開啟狀態時，車道保持及自動對中控制器 (6)對攝像頭（5)在獲取車道標誌線時進行圖像增強處理。
5. 根據權利要求1或2所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵 在於：所述攝像頭（5)安裝在車輛前擋風玻璃後，且位於車輛內後視鏡前。
6. 根據權利要求1或2所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，其特徵 在於：所述車道保持及自動對中控制器（6)還包括觸發判斷模塊，根據駕駛員是否掌控方 向盤來判斷該車道保持和自動對中系統的工作模式，當駕駛員掌控方向盤，車道保持和自 動對中系統的工作模式為車道保持模式，當駕駛員未掌控方向盤，車道保持和自動對中系 統的工作模式為自動對中模式。
7. -種基於偏差預測算法的車道保持及自動對中方法，其特徵在於：採用如權利要求 1至6任一所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中系統，包括以下步驟： 步驟1、車道保持及自動對中控制器（6)通過CAN總線獲取車輛當前轉向燈信息和車輛 當前車速信息； 步驟2、車道保持及自動對中控制器（6)基於車輛當前轉向燈信息和車輛當前車速信 息判斷是否激活保持及自動對中功能，若滿足激活條件，則啟用車道保持及自動對中控制 器（6)的車道保持及自動對中功能，並進入步驟3 ;若不滿足激活條件，則返回步驟1 ; 步驟3、攝像頭（5)獲取車輛前方道路的車道標誌線信息並傳輸給車道保持及自動對 中控制器（6)，車道保持及自動對中控制器（6)基於車道標誌線信息通過偏差預測算法計 算出前方預錨點的橫向偏差量，將該橫向偏差量作為PID控制算法的輸入，計算出期望轉 角，並通過CAN總線輸出給電動助力轉向系統（4); 所述橫向偏差量的計算公式如下：
其中： d為預瞄點與車輛前軸中心的距離； Θ為車輛前軸中心當前時刻的偏航角； Xtxff車輛前軸中心與車道中心的偏移量；r為車道的半徑； X為預瞄點的橫向偏差量，即預瞄點相對於車輛當前位置車道切線垂直方向至車道中 心線的偏差量； 步驟4、電動助力轉向系統（4)通過CAN總線獲取期望轉角信號和當前轉角信息，使方 向盤從當前轉角轉動至期望轉角。
8. 根據權利要求7所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中方法，其特徵在 於：所述車道的半徑r遠大於預埋點距車輛前軸中心的距離d。
9. 根據權利要求7或8所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中方法，其特徵 在於：所述步驟3中，當車身控制器（2)檢測到前大燈為開啟狀態時，車道保持及自動對中 控制器（6)對攝像頭（5)在獲取車道標誌線時進行圖像增強處理。
10. 根據權利要求7或8所述的基於偏差預測算法的車道保持及自動對中方法，其特徵 在於：所述步驟2中： 當車輛的轉向燈為開啟狀態，不啟用該保持及自動對中功能；； 當車輛的車速小於預設閥值時，不啟用該保持及自動對中功能； 當轉向燈為未開啟狀態，且車速大於等於預設閥值時，才啟用該保持及自動對中功能。
【文檔編號】B60W30/12GK104442814SQ201410613860
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】肖超, 李楠, 蒲果, 張強, 黎予生 申請人:重慶長安汽車股份有限公司