機動車輛軌跡校正方法和相應的機動車輛軌跡校正裝置製造方法

2023-07-07 06:53:01 1

機動車輛軌跡校正方法和相應的機動車輛軌跡校正裝置製造方法
【專利摘要】本發明主要涉及一種行駛在行車道(11)上的機動車輛(10)的軌跡校正方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟：-獲取行車道(11)的幾何形狀參數和機動車輛(10)在行車道(11)上的位置參數的步驟(100)，-確定對應於機動車輛(10)的縱向軸線(A)和行車道(11)的道路線(30、31)之間夾角的航向角(a)的步驟(102)，-確定機動車輛(10)的速度的步驟(103)，-確定機動車輛(10)與行車道(11)的道路線(30、31)相交之前的剩餘時間的步驟(104)，以及，根據航向角(a)和車輛與行車道(11)的道路線(30、31)相交之前的剩餘時間生成車輛(10)的動態定值的步驟(106)。
【專利說明】
機動車輛軌跡校正方法和相應的機動車輛軌跡校正裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及機動車輛軌跡校正方法以及相應的機動車輛軌跡校正裝置。本發明在安全領域和機動車輛輔助駕駛領域有特別有利的應用。

【背景技術】
[0002]機動車輛通常具有由駕駛員操作的被固定在轉向系統柱體上的方向盤，以駕馭車輛的轉向輪。轉向系統一般包括輔助裝置，輔助裝置生成一部分能量，供應用於駕馭車輪，以減小駕駛員應該傳送的作用力，更具體地在低速和停止時要操作的作用力。
[0003]一些轉向系統具有輔助駕駛功能，通過控制計算機來操控作用在該方向上的機動力，以在該方向上傳送特定的輔助扭矩，實現對遵循行車道的輔助作用，這向駕駛員指示出相對正常行車道的偏移。這些輔助駕駛功能的名稱例如為「意外與道路線相交預防」(PFIL)、「車道保持支持」(LKS)、「車道保持輔助系統」(LKAS)。
[0004]而且，文件FR2706604提供了一種用於導航輔助系統的車輛軌跡確定裝置，該裝置具有車輛方向盤的轉向角測量部件、車輛前行測量部件和根據轉向角和前行數據計算車輛行車軌跡的計算部件。然而，該裝置需要實施GPS系統，其精確度在一些情況下是不足夠的，尤其在車輛通過隧道內部時是不足夠的。
[0005]文件US2009153360提供了一種將由攝像頭傳輸的和由道路線保持處理得到的數據相關聯的裝置和方法，其中這兩個系統數據的交叉頻率不相同。然而，該方法導致採樣不足的問題。
[0006]文件US2010191421提供了一種帶有功能性構造的車道保持裝置和方法，其中包括根據所遇到的具體情況，例如穩定車輛的需求、將車輛保持在車道上的需求和保持軌跡的需求，進行優先處理。然而，軌跡控制是基於橫向偏移概念上的。
[0007]文件W02011002345提供了一種車道保持裝置和方法，其結合了有閉環控制的「電動助力轉向」(DAE)，其中控制方案基於開環型低水平算法。另外，定值扭矩為要求的橫向加速度的函數。
[0008]文件DE102007061900提供了一種預防與道路線相交危險的裝置，但是其調節模式是基於車輛的發動機扭矩的。
[0009]然而，所有這些軌跡控制方法在確定車輛在行車道上的預期軌跡與在該行車道上測量的車輛軌跡之間的差異方面存在著精度問題。


【發明內容】

[0010]本發明的目的尤其在於通過提出一種根據對應於機動車輛的縱向軸線和行車道道路線之間夾角的航向角來校正車輛軌跡的軌跡校正方法，來克服現有技術的缺點。
[0011]更確切地，本發明涉及一種行駛在行車道上的機動車輛的軌跡校正方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟:
[0012]-獲取行車道的幾何形狀參數和機動車輛在行車道上的位置參數的步驟，
[0013]-確定對應於機動車輛的縱向軸線與行車道的道路線之間夾角的航向角的步驟，
[0014]-確定機動車輛速度的步驟，
[0015]-確定機動車輛與行車道道路線相交之前的剩餘時間的步驟，以及
[0016]-根據航向角和與行車道道路線相交之前的剩餘時間生成車輛的動態定值的步驟。
[0017]根據一種實施方式，所述行車道的幾何形狀參數包括如下參數中的至少一種:相對於攝像頭在行車道右側的道路線位置，相對於攝像頭在行車道左側的道路線位置，通常對外側道路線測定的行車道曲率。
[0018]根據一種實施方式，在獲取行車道的幾何形狀參數的步驟中，行車道參數的測量結果被以50毫秒隨後延遲50毫秒的頻率發送。
[0019]根據一種實施方式，在獲取行車道的幾何形狀參數的步驟之後，所述方法還包括計算信任指數的步驟，該信任指數根據行車道幾何形狀參數的測量結果和道路線模型之間的相關性計算。
[0020]根據一種實施方式，在確定航向角的步驟中確定的航向角根據行車道幾何形狀參數和車輛位置來計算。。
[0021]根據一種實施方式，在不可能校正軌跡的情況下，刪除生成車輛動態定值的步驟並用特定警不代替。
[0022]根據一種實施方式，在機動車輛的駕駛員操作車輛的一個控制元件時，可由所述駕駛員禁止生成車輛動態定值的步驟。
[0023]本發明還涉及一種實施所述方法的行駛在行車道上的機動車輛軌跡校正裝置，所述裝置包括:
[0024]-攝像頭，
[0025]-控制單元，
[0026]-橫擺率傳感器，
[0027]-機動車輛的速度傳感器，
[0028]-主動轉向系統，
[0029]其特徵在於，所述裝置包括根據對應於車輛縱向軸線和行車道道路線之間夾角的機動車航向角來校正軌跡的部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]通過對以下詳細描述的閱讀和對所附附圖的檢驗，本發明將被更好地理解。僅以示意而非限定本發明的方式給出這些附圖。其中:
[0031]圖1:示出了根據本發明的車輛軌跡校正方法的不同步驟的方框圖；
[0032]圖2:根據本發明軌跡校正方法校正的行駛在彎曲行車道上的機動車輛重心軌跡的圖形表不;
[0033]圖3:根據本發明軌跡校正方法校正的在右側行車道上的機動車輛重心軌跡的圖形表示；
[0034]圖4:含有根據本發明軌跡校正裝置的機動車輛的示意性表示；
[0035]圖5:示出了根據本發明的車輛軌跡校正方法的生成動態定值步驟中的不同子步驟的方框圖；
[0036]圖6:估算行車道的幾何參數的道路線模型的圖形表示。
[0037]相同、相似或類似的構件在不同附圖中保留相同的參考標號。

【具體實施方式】
[0038]圖4示出了位於參考標號11的行車道上的機動車輛10。該車輛10具有轉向輪35和軌跡校正裝置12，軌跡校正裝置12具有攝像頭20、控制單元21、橫擺率傳感器22、機動車輛10的速度傳感器23和能夠引導轉向輪35的主動轉向系統24。所述機動車輛10還具有縱向軸線A。
[0039]主動轉向系統24具有轉向柱體33。方向盤34被固定在所述柱體33的端部，該方向盤34由駕駛員操作，以駕馭車輛10的轉向輪35。主動轉向系統24還具有方向盤真實角度Av的測量部件和生成供應駕馭轉向輪35的一部分能量的輔助裝置。而且，系統24能夠減小駕駛員應該傳送的作用力，特別是在低速和停止時的操作作用力。
[0040]此外，轉向系統24具有機動組件和控制所述機動組件的計算機，所述機動組件通過傳送特定的輔助扭矩作用在車輛10的走向上，以實現幫助遵循行車道11。該輔助扭矩向駕駛員指明相對於行車道11的偏移。
[0041]更具體地，機動組件具有輔助裝置的電動機或液壓致動器，以在轉向系統24的一個方向上或另一個方向上生成扭矩。該扭矩向駕駛員指明離開了行車道11或有離開的危險。
[0042]在實施本發明方法時，在第一步驟100中藉助攝像頭20獲取行車道11的幾何參數和在行車道11上的機動車輛10的位置。
[0043]為達此目的，攝像頭20連續拍攝繪製在地面上的限定行車道11的白線30、31，以相對該車道11的橫向限制定位車輛10和監測車輛10相對該車道11的橫向偏移。
[0044]更確切地，攝像頭20能夠時刻識別相對攝像頭20的行車道11的右側道路線30的位置、相對攝像頭20的行車道11的左側道路線31的位置、和通常在外側道路線上測定的行車道11的曲率。將右側道路線30和左側道路線31理解為在該攝像頭20拍攝這些道路線30、31時的位於攝像頭20右邊和左邊的道路線。由攝像頭20以50暈秒的頻率發送行車道11的幾何形狀參數的測量結果。為了避免欠採樣的問題，在將測量結果發送給車輛10的網絡時，被延遲了 50毫秒。通過優化車輛10的網絡低通帶可以減小該延遲。
[0045]在步驟101中，控制單元21根據來自攝像頭20的行車道11的幾何形狀參數測量結果和道路線模型之間的相關性計算信任指數。該道路線模型例如基於表示圖6所示車輛10的坐標系(X，Y)中的道路線30、31的軌跡的二次或三次多項式。車輛10的坐標系(X，Y)具有與車輛10的縱向軸線A相重合的第一軸線X和與第一軸線X相垂直的第二軸線Y。坐標系(Χ，γ)的原點O位定於車輛10的重心G的位置處。在標準車道的情況下，假設道路線30、31的航向角和曲率基本上相等，這表示在道路線30、31之間存在恆定偏移。為了估算這些參數，採用在小角度情況下可證明的簡單等式:
[0046]y = y0+a-X

2
[0047]根據該等式，坐標系(X，Y)中，X為道路線30、31的點P的橫坐標，y為道路線30、31的點P的縱坐標,Yci為X = O時上所述點的縱坐標，a為X = O時的航向角，以及Cci為常數。
[0048]如果信任指數大於某一閾值，那麼在步驟102中確定航向角。該航向角對應於在機動車輛10的縱向軸線A和最接近於車輛10的車道11的道路線30、31之間的夾角。如果信任指數不大於某一閾值，認為不可能計算航向角。
[0049]步驟102由控制單元21根據自攝像頭20的測量結果來實施。事實上，控制單元21已知車輛10的軸線A。另外，根據相對於攝像頭20的行車道11的右側道路線30的位置、相對於攝像頭20的行車道11的左側道路線31的位置和行車道11的曲率，能夠精確得到車道11的幾何形狀(參照圖2和3)。
[0050]在步驟103中，機動車輛10的速度測量由車輛10的速度傳感器23實施。另外，機動車輛10的橫擺率測量由橫擺率傳感器22實施。可將橫擺率理解為車輛10圍繞其重心G的旋轉速率。
[0051]在步驟104中，控制單元21確定與行車道11的道路線30、31中的一條相交前的剩餘時間。所述剩餘時間或英語中的「Time to Line Crossing」(TLC)根據車輛10在車道11上的位置、車輛10的橫擺率、車輛10的速度、車輛10的其它動態數據和駕駛員的動作來計算。
[0052]在步驟105中，根據步驟104中計算的剩餘時間推導關於車輛10離開車道11的危險程度或車輛10離開車道11的危險性。將車輛10的動態數據理解為涉及進入車輛10的航路和行為管理的物理現象辨識和規範化的數據。例如這些動態數據為橫擺加速度、橫向加速度、方向盤34的旋轉角度等。
[0053]通過分析由攝像頭20測量的參數、車輛10的動態數據和駕駛員的動作，還可探測到並非駕駛員意願的相對於行車道11的偏移。
[0054]如果車輛10離開車道11的危險程度超過某一閾值，在步驟106中將根據由攝像頭20測量的參數、車輛10的速度和車輛10的其它動態數據，確定動態定值。車輛10的該動態定值由主動轉向系統24生成和應用。如果車輛10離開車道11的危險程度沒超過某一閾值，則不確定動態定值。
[0055]轉向系統24對動態定值的確定為狀態反饋調節，如在申請號為FR1060383的文件中描述的，其中將基本調節扭矩分解為角度和輔助扭矩。
[0056]更確切地，如圖5所示，轉向系統24的控制計算機在子步驟107中由攝像頭20測量的參數和車輛10的動態數據確定方向盤轉角Av的定值Pfil。該方向盤轉角Av定值Pfil能夠遵循車道11的給定方向。另外，實時方向盤轉角Av的測量部件在子步驟108中測量真實方向盤轉角。
[0057]在子步驟109中，帶有比例/微分或數字調節系統的控制計算機根據方向盤轉角Av定值pfil和真實方向盤轉角Av之間的角度偏移Λ Av，計算角度Treg上的基本調節扭矩。
[0058]接下來在子步驟110中，轉向系統通過乘以增益值kl、k2(其中k2 >= kl > O)計算輔助扭矩Tassist,計算方向盤的阻力扭矩值Cv,其中對於Cv O並且有從右邊離開的危險，則Tassist = klCv ;對於Cv > O並且有從左邊離開的危險，或Cv < O並且有從右邊離開的危險,則Tassist = k2Cv。
[0059]最後在子步驟111中，轉向系統將已算得的兩個扭矩Treg，Tassist相加，以得到動態定值。
[0060]還可以明確區分輔助扭矩Tassist和調節扭矩Treg的兩個計算，並以各自獨立的方式調整這兩個扭矩，從而易於調整的操作。
[0061]因此，轉向系統動態定值的確定為利用補償估算變量的低水平閉環控制。所要求的扭矩為內部函數，不由橫擺率或橫向加速度直接確定。
[0062]在子步驟112中，將動態定值傳輸到轉向系統24的機動組件，機動組件根據該動態定值生成在轉向系統24的一個方向或另一方向上的扭矩。
[0063]用取值例如在O和I之間的作用水平表徵動態定值。這個作用水平根據車輛10離開車道11的危險性確定。危險性越大，作用水平的值越大且駕駛員感受到的阻力扭矩也越大。
[0064]有利地，從離開行車道11的危險性或離開行車道11出發，在定值方向盤轉角和真實方向盤轉角之間的角偏移趨向於凸顯離開車道的危險時，由駕駛員感受到的阻力矩也趨於增大。
[0065]有利地，從離開行車道11的危險性或離開行車道11出發，在定值方向盤轉角和真實方向盤轉角之間的角偏移趨向於降低離開車道的危險時，由駕駛員感受到的阻力矩接近於零值。
[0066]在一種變化形式中，控制計算機計算能夠讓車輛10保留在確定區域上、即不離開車道11的橫擺率。該橫擺率被轉換成由主動轉向系統24調節的柱體角。將柱體角理解為主動轉向系統的柱體33的旋轉角度。
[0067]動態定值例如與車輛10的橫向加速度或車輛10的橫擺率一致。將橫向加速度理解為車輛10相對其橫向軸線的加速度。
[0068]在駕駛員操作車輛10的一個控制元件時，可由所述駕駛員禁止生成車輛10動態定值的步驟106。可將車輛10的控制元件例如理解為車輛10的方向盤34或剎車裝置。
[0069]另外，在不可能校正軌跡的情況下，動態定值被刪除並用特定警示代替，例如用觸覺或視覺和聽覺警示代替。
【權利要求】
1.一種行駛在行車道(11)上的機動車輛(10)的軌跡校正方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: -獲取行車道(11)的幾何形狀參數和機動車輛(10)在行車道(11)上的位置參數的步驟(100)， -確定對應於機動車輛(10)的縱向軸線(A)與行車道(11)的道路線(30、31)之間夾角的航向角(a)的步驟(102)， -確定機動車輛(10)的速度的步驟(103)， -確定機動車輛(10)與行車道(11)的道路線(30、31)相交之前的剩餘時間的步驟(104)，和 -根據航向角(a)和車輛與行車道(11)的道路線(30、31)相交之前的剩餘時間生成車輛(10)的動態定值的步驟(106)， 其特徵在於，所述行車道(11)的幾何形狀參數包括如下參數中的至少一種:相對於攝像頭(20)在行車道(11)右側的道路線(30)的位置，相對於攝像頭(20)在行車道(11)左側的道路線(31)的位置，通常由攝像頭(20)對外側道路線測定的行車道(11)的曲率。
2.根據權利要求1所述的軌跡校正方法，其特徵在於，在獲取行車道(11)的幾何形狀參數的步驟(100)中，行車道(11)的參數測量結果被以50毫秒隨後延遲50毫秒的頻率發送。
3.根據權利要求1或2所述的軌跡校正方法，其特徵在於，在獲取行車道(11)的幾何形狀參數的步驟(100)之後，所述方法還包括計算信任指數的步驟(101)，根據在行車道(11)的幾何形狀參數的測量結果和道路線模型之間的相關性計算該信任指數。
4.根據權利要求1到3所述的軌跡校正方法，其特徵在於，在確定航向角(a)的步驟(102)中確定的航向角(a)是根據行車道(11)的幾何形狀參數和車輛(10)的位置計算的。
5.根據權利要求1到4所述的軌跡校正方法，其特徵在於，在不可能校正軌跡的情況下，取消生成車輛(10)動態定值的步驟(106)並用一個特定警示代替。
6.根據權利要求1到5所述的軌跡校正方法，其特徵在於，在機動車輛(10)的駕駛員操作車輛(10)的一個控制元件時，所述駕駛員可以禁止生成車輛(10)動態定值的步驟(106)。
7.一種實施根據前面權利要求所述方法的行駛在行車道(11)上的機動車輛(10)的軌跡校正裝置(12)，所述裝置包括: _攝像頭(20)， -控制單元(21)， -橫擺率傳感器(22) -機動車輛(10)的速度傳感器(23)， -主動轉向系統(24)， 其特徵在於，所述裝置包括根據對應於車輛(10)的縱向軸線㈧與行車道(11)的道路線(30、31)之間夾角的航向角(a)來校正軌跡的部件。
【文檔編號】B60W30/12GK104245463SQ201380006120
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年1月15日 優先權日:2012年1月19日
【發明者】M·埃波 申請人:標緻·雪鐵龍汽車公司