CN100460262C - 用于引导车辆至目标地点的导向装置 - Google Patents

Abstract

一种导向装置，其通过在至少基于转向角度值估计所述车辆位置时控制转向角，以引导车辆到目标位置，其特征在于，在估计所述车辆位置时，将关于所述车辆的移动距离的改变dp的减缓操作应用于基于所述转向角度值估计的转向曲率g(Str(p))，以补偿由于轮胎变形导致的延迟，从而获得延迟补偿的转向曲率y(p)。

Description

用于引导车辆至目标地点的导向装置

技术领域

本发明涉及用于车辆的导向装置，其通过至少基于转向角估计车辆的当前位置来引导所述车辆移动到目标位置。

背景技术

在JP02-308313 A中公开的导向装置引导车辆移动到由用户在设置屏幕上所设置的目标位置，其中，通过在估计所述车辆的当前位置的同时，实时生成从所述车辆的当前位置到所述目标位置的目标轨迹(轨道)，以及通过基于所述生成的目标轨迹控制转向角，来实现所述导向。

在JP10-264839 A中公开的导向装置基于由轮速传感器所检测的各个车轮速度以及由偏航角速度传感器所检测的偏航角速度来估计所述车辆的当前位置，并判断所述车辆的估计的当前位置是否偏离目标轨迹。如果所述估计的当前位置偏离所述目标轨迹，则为了校正从所述目标轨迹的偏离，根据所述偏离量控制所述车轮的转向角。

为了将车辆引导到目标位置，需要实时监控在所述车辆的当前位置和所述车辆移动过程中的目标轨迹之间的关系。这表明车辆当前位置的估计非常重要。一般而言，当前车辆位置的估计基于所述车辆的受控的转向角和移动量(移动距离)，例如，可以利用前述现有技术中的偏航角速度传感器和轮速传感器对它们进行检测。然而，即使在根据目标转向角精确地控制转向角的情况下，在所估计的车辆位置和实际的车辆位置之间依然存在差别。由于根据目标转向角精确地控制转向角，***不能检测出所述差别。于是，所述差别不能被校正，因而所述车辆被错误导向。因此，需要找出导致这种差别的主要因素，并对所述差别进行补偿，以提高所述导向控制的准确性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种导向装置，其基于更准确估计的车辆位置引导车辆，以及一种车辆位置估计装置，其更准确地估计车辆位置。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种导向装置，其通过在至少基于转向角度值估计所述车辆位置时控制转向角，以引导车辆到目标位置，其特征在于，在估计所述车辆位置时，将关于所述车辆的移动距离的改变的减缓操作(slowing operation)应用于基于所述转向角度值估计的转向曲率从而补偿由于轮胎的扭转变形而导致的动态延迟。

根据本发明的此方面，通过关于所述车辆的移动距离的改变来减缓所述转向曲率，能够精确地估计所述车辆位置，其中基于所述转向角度值估计所述转向曲率。在此，可注意到，所述关于车辆的移动距离中改变的减缓操作不是关于时间改变的减缓操作。所述车辆的移动距离对应于在所述车辆的移动轨迹上的距离，即，行进距离。并不一定要将所述减缓操作应用于已估计的所述转向曲率。也就是说，其可应用在转向曲率估计过程中的任意阶段。所述转向角度值，其用于所述估计过程，可以为受控的转向角(即，目标转向角)。然而，由于存在所述转向角不能根据所述转向角控制的意图被精确地控制的可能，优选地，使用由所述转向角传感器检测到的转向角。

在本发明的此方面中，基于对轮胎特性的改变的检测以及/或者对道路摩擦系数的检测来控制在所述减缓操作中的角度的减缓。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆位置估计装置，其包括：检测器，用于检测车辆的移动距离；改变量计算器，用于基于转向角度值对每一个微小移动距离计算在所述车辆的方向上的改变量；以及车辆位置估计器，用于基于由所述改变量计算器计算得到的在所述车辆方向上的所述改变量来估计所述车辆的位置；其中，在计算在所述车辆方向上的所述改变量时，所述改变量计算器对基于所述转向角度值估计得到的转向曲率应用关于所述车辆的移动距离的改变的减缓操作从而补偿由于轮胎的扭转变形而导致的动态延迟。

根据本发明的此方面，通过关于所述车辆的移动距离的改变来减缓所述转向曲率，能够精确地估计所述车辆位置，其中基于所述转向角度值估计所述转向曲率。

从以下参照附图的详细描述，本发明的其它目的、特点和优点将更为明显。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的导向装置10的***结构框图；

图2是接触开关面板(touch switch panel)的示例图，该面板用于设置显示在显示器22上的目标停车位置；

图3是框图，其示出了停车辅助ECU 12的功能；

图4是转向特性图的图例；

图5图示地示出了在车辆的估计轨迹和车辆的实际轨迹之间的关系；

图6图示地示出了在不考虑动态延迟时的估计的转向曲率和实际的转向曲率之间的关系；

图7是车辆位置估计部分40的框图。

具体实施方式

下面，参照附图解释根据本发明的优选实施例。

图1示出了根据本发明一个实施例的用于车辆的导向装置10的***结构。如图1所示，所述导向装置10具有电子控制单元12，其用于辅助车辆的停车操作(此后称为停车辅助ECU 12)。所述停车辅助ECU 12是微处理器，其包括经由适当的总线互相连接CPU、ROM、RAM等。在所述ROM中存储了将由CPU执行的所述计算机可读程序或所述车辆的数据(说明)，如轴距的长度L。

经由适当的总线，例如CAN(控制器局域网)或高速通信总线，用于检测方向盘(未示出)的转向角的转向角传感器16，以及用于检测车辆速度车速传感器18，连接到所述停车辅助ECU 12上。所述车速传感器18可以是配备在单独车轮上的轮速传感器，其每一个根据相应车轮的转动速度产生脉冲信号。

倒车开关50和停车开关52也连接到停车辅助ECU 12。当变速杆移动到倒车位置时，所述倒车开关50输出ON信号，否则，输出OFF信号。停车开关52被配备在车辆的驾驶室内，从而使得驾驶室内的用户可对其进行操作。在正常状态时，所述停车开关52输出OFF信号，而当用户进行操作时，其输出ON信号。所述停车辅助ECU 12基于所述倒车开关50的输出信号确定所述车辆是否处于倒车状态，并基于所述停车开关52的输出信号确定用户在停车时是否需要辅助。

所述停车辅助ECU 12上还连接有后视摄像头(back monitoringcamera)20，其被安置在车尾(rear bumper)的中央，以及显示器22，其被配置在所述驾驶室内。所述后视摄像头20是CCD摄像头，其以预定视角对车辆后面的场景进行成像。所述后视摄像头20向所述停车辅助ECU12发送表示所述捕获的图像的视频信号。然后，在所述显示器22上显示所述捕获的图像以及用于设置目标停车位置的接触开关面板(见图3)。用户操作在显示器22上的所述接触开关面板，并调整图示的位置，该图示如叠加在关于实际停车框架(parking frame)(用实线示出)的捕获的图像之上的停车框架(用虚线示出)。这样，当所述停车框架的图示位置被确认时，所述停车辅助ECU 12基于在所述显示器22的屏幕中的图示位置识别目标停车位置。

在所述停车辅助ECU 12上连接了转向***ECU 30，其用于经由适当的总线控制车辆的转向***。在停车辅助控制中，所述停车辅助ECU 12向所述转向***ECU 30发送表示目标转向角的控制信号，其如下详细描述被确定。所述转向***ECU 30控制电机32，其用于响应于所述控制信号转动转向轴，从而实现所述目标转向角。

图3是框图，其示出了所述停车辅助ECU 12的功能。所述停车辅助ECU 12包括车辆位置估计部分40和目标轨迹计算部分42。如下详述，所述车辆位置估计部分40基于所述转向角传感器16和所述车速传感器18的输出信号在所述停车辅助控制时估计所述车辆的位置。所述目标轨迹计算部分42基于在先前计算得到的目标轨迹和由所述车辆位置估计部分40估计得到的车辆位置之间的差异计算目标轨迹，并基于所述计算得到的目标轨迹确定在所述车辆位置的目标转向角。所述转向***ECU 30根据这样确定的目标转向角来控制电机32。可注意到，所述目标轨迹计算部分42可对每一个车辆预定移动量计算所述目标轨迹。为了保证所述目标轨迹的后续校正，可将目标轨迹的初始计算限制在小于车辆最大转向曲率的某转向曲率(例如为所述最大转向曲率的90％)。这有助于提供不会引起用户不适的平稳的转向控制。然而，本发明不限于此类目标轨迹计算方法。例如，本发明可应用于停车辅助控制，其中基于初始计算得到的目标轨迹强制引导所述车辆，而无需重新计算所述目标轨迹。

在此，在描述根据本发明的车辆位置估计方法之前，先描述常规方法。通常，利用如下公式估计车辆位置：

θ＝∫g(Str(p))·dp                           (1)

X＝X₀-∫sinθ·dp                              (2)

Y＝Y₀-∫cosθ·dp                               (3)

其中，X和Y是关于车辆后轴的中心的在二维表示中的车辆位置坐标值。X₀和Y₀是初始值，即，在所述停车辅助控制开始时的坐标值。dp是所述车辆的微小移动距离，通过积分所述车速传感器18的输出信号(脉冲)而得到。θ是在所述车辆转向时产生的车辆角度(方向)的变化。公式(1)中的g(Str(p))是转向曲率，通过使用作为自变量的从所述转向角传感器16得到的转向位置Str(p)，从预定的转向特性图(查找表)，如图4所示，得到所述转向曲率。图4中所示的转向特性图基于在车辆轨道运动(转向)时由RTK-GPS(实时差分-全球定位***)所测量的实际转向曲率制成，所述车辆具有在规则间隔设置的恒定转向角度。

图5示出了测试结果，在其中示出了在由前述常规车辆位置估计方法计算得到的车辆轨迹(用单点的点划线标出)和由所述RTK-GPS实际测量得到的车辆轨迹(用实线标出)之间的关系。从图5可以知道，根据前述常规估计方法计算得到的车辆轨迹偏离了实际轨迹。如果不能感知实际的车辆位置，此对于所述实际轨迹的偏离(即，所述车辆位置的估计误差)不能被***(所述停车辅助ECU 12)检测到。

作为研究和测试的结果，本发明的发明人发现由于轮胎的扭转形变所导致的转向曲率的动态延迟是导致前述车辆位置估计误差的主要因素。当轮胎发生扭转形变时，所述车辆的行驶方向不再严格地对应于车轮的转向方向，并且实际转向曲率也不再遵循基于所述转向角传感器16的输出信号得到的所述估计的转向曲率，直到通过所述车辆的进一步移动，减轻了所述扭转形变。

图6是概念图，在其中示出了在不考虑动态延迟的所述估计的转向曲率g(Str(p))和所述实际转向曲率之间的关系。由于所述转向位置Str(p)作为移动距离p的函数而改变，如图6上部分所示，不考虑动态延迟的转向曲率g(Str(p))响应于所述Str(p)的变化而线性地变化，如图6下半部分中的虚线所示。另一方面，可预测，所述实际转向曲率对应于所述Str(p)的改变，所述Str(p)具有归因于轮胎的扭转形变的延迟，如图6下半部中的实线所示。

由于这个原因，根据本发明，所述车辆位置估计计算对从所述转向角传感器16的输出信号得到的所述估计的转向曲率g(Str(p))应用“减缓(平稳)操作”，以此补偿所述转向曲率的所述动态延迟。在此使用的“减缓操作”并非指示关于时间的通常的减缓操作，而是关于所述移动距离的改变的减缓操作。更具体地，所述“减缓操作”用于确定(在数学上表达)转向曲率的动态延迟，该动态延迟，例如，发生在轮胎具有扭转形变的情况下，其中，所述车辆的方向不再对应于轮胎的转向角，而实际转向曲率不再遵循估计得到的转向曲率，直到通过所述车辆的进一步移动，减轻了所述扭转形变。因此，即使随着时间的经过，当所述移动距离为零时，也不应用所述“减缓操作”。此想法基于如下事实，轮胎的扭转形变的恢复不是由于时间的经过而是由于轮胎的转动，即车辆的移动。

在此实施例中，基于“可利用表达关于移动距离p的一阶延迟的公式来确定所述转向曲率的动态延迟”的发现，使用如下一阶延迟的公式对从所述转向角传感器16的输出信号得到的所述估计的转向曲率g(Str(p))应用“减缓操作”，如图7的框图所示。

$\frac{\mathrm{dy}\left(p\right)}{\mathrm{dp}}=-M\·y\left(p\right)+N\·g\left(\mathrm{Str}\left(p\right)\right)$

具体地，根据此实施例的车辆位置估计部分40通过将输入g(Str(p))乘以系数N，从N·g(Str(p))中减去乘以了系数M的反馈输出y(p)，并且然后对此值N·g(Str(p))-M·y(p)进行积分，得到考虑了前述动态延迟的转向曲率y(p)。然后，所述车辆位置估计部分40采用考虑了所述延迟的所述估计的转向曲率y(p)，而不采用在所述公式(1)中不考虑所述延迟的所述估计的转向曲率g(Str(p))，然后利用公式(2)和(3)估计车辆位置(X，Y)。只要所述车辆移动了预定的移动距离，所述车辆位置估计部分40就可进行所述车辆位置的估计计算。在这种情况下，例如，可以通过将每0.01m的移动距离所得到的转向曲率y(p)乘以此移动距离0.01，并对这些从每0.05m的移动距离得到的相乘值进行积分，来计算车辆角度的变化θ。

确定所述系数N和M，以使得如前述得到的车辆位置(X，Y)的轨迹对应于实际轨迹(见图5)。在图5中，利用虚线示出的所述车辆位置的轨迹，是利用所述确定的系数N和M估计得到的。如图5的放大部分所示，不考虑所述延迟的轨迹(用单点点划线标出)偏离前述实际轨迹(用实线标出)，而考虑所述延迟的轨迹基本上对应于所述实际轨迹。这说明利用所述一阶延迟公式，能够成功地实现对所述系数N和M的确定。

可注意到，可利用图4所示基于测量预先确定的转向特性图，基于所述转向角传感器16的输出Str(p)，得到将被输入给所述车辆位置估计部分40的所述估计的转向曲率g(Str(p))。可选地，可简单地利用固定的总传动比η以及所述轴距的长度L得到所述估计的转向曲率g(Str(p))(即，估计的转向曲率＝Str(p)/L·η)。

根据并排型停车和首尾相连型停车的测试结果，相对于不应用所述“减缓操作”的情况，在应用所述“减缓操作”的情况下，所述车辆位置的估计误差得到显著降低。

进一步，即使在停车轨迹、负荷、轮胎气压以及轮胎磨损程度上的条件改变的情况下，当应用所述“减缓操作”时，所述误差显著变小。

然而，在此实施例中，为进一步减小所述误差，也可以根据轮胎特性的改变，如磨损程度、轮胎温度和气压等的改变来控制“减缓度(量)”。例如，基于利用气压监控装置对所述轮胎的气压的检测，可随着所述轮胎气压的降低而增加所述“减缓度(量)”。

进一步，本发明的发明人从所述测试结果发现，相比于其它因素，如，车辆的速度、车辆运载的负荷以及轮胎的气压，轮胎的磨损对所述误差具有更大的影响。因而，可根据轮胎磨损程度改变所述“减缓度”(即，所述系数N和M)。例如，基于在替换轮胎后计算车辆总的行驶距离，可随着所述车辆总行驶距离的增加而降低所述“减缓度”。

相似地，所述”减缓度”(即，所述系数N和M)可根据估计的道路的摩擦系数变化。在这种情况下，可基于在进行制动的车轮和驱动的车轮之间的转动差异来估计所述道路的摩擦系数。然后，基于降雨传感器的检测或者是否存在风档刮水器的操作，考虑道路湿度的影响。进一步，可基于从轮速传感器的输出信号得到的车轮速度的预定振动分量来估计所述摩擦系数，如JP11-78843中所描述的。进一步，基于当所述制动负荷以逐步方式变化时车轮速度的响应分量的衰减特性来估计所述摩擦系数，或者基于向道路前方区域发射的超声波、毫米波等的背散射波来估计所述摩擦系数。

还可以根据与所述轮胎的形变程度相关的参数来改变所述“减缓度”(即，所述系数N和M)。例如，在绝对转向角超出预定阈值的情况下，增加所述“减缓度”，或者，随着所述绝对转向角的增加，增加所述“减缓度”。进一步，可根据所述绝对转向角的变化率(即，转向速度)变化所述“减缓度”。

已参照优选实施例对本发明进行了公开。然而，可以知道，本发明不限于上述实施例，无需脱离本发明的范围，可得到各种变化和修改。

例如，由于在上述实施例中实现了无需高频组件(没有将增益设置得很高)的转向控制，可利用前述的一阶延迟公式实现所述“减缓操作”。然而，也可利用二阶延迟公式实现所述“减缓操作”。

进一步，在前述实施例中，首先基于由所述转向角传感器16检测的转向位置Str(p)，利用所述转向特性图，得到估计的转向曲率g(Str(p))，然后，将所述“减缓操作”应用于所述估计的转向曲率g(Str(p))。然而，也可以首先对由所述转向角传感器16检测到的所述转向位置Str(p)应用所述“减缓操作”，然后，基于受到所述“减缓操作”的转向位置Str’(p)，利用所述转向特性图得到g(Str’(p))。换言之，可在所述转向曲率计算过程的任何阶段应用所述“减缓操作”。

进一步，在前述实施例中，考虑到所述目标转向角无需对应于在相应时刻的所述转向角传感器16的转向位置Str(p)，基于所述转向角传感器16的所述转向位置Str(p)来估计车辆位置。然而，也可基于所述目标转向角而不是所述转向角传感器16的所述转向位置Str(p)来估计所述车辆位置。

Claims (7)

1.一种导向装置，其通过在至少基于转向角度值估计所述车辆位置时控制转向角，以引导车辆到目标位置，其中，所述导向装置至少包括：

转向角传感器，其连接到电子控制单元，被配置为检测方向盘的转向角，

车速传感器，其连接到所述电子控制单元，被配置为检测所述车辆的速度，

电子控制单元，其被配置为辅助所述车辆的停车操作并且基于所述转向角以及根据所述车辆的速度而计算出的车辆移动距离来计算表示目标转向角的控制信号，

转向***，其连接到所述电子控制单元，被配置为控制所述车辆的转向角，并且响应于所述控制信号来控制所述转向角以实现目标转向，

其特征在于，在估计所述车辆位置时，将关于所述车辆移动距离的改变的转向角减缓操作应用于基于所述转向角度值估计的转向曲率从而补偿由于轮胎的扭转变形而导致的该转向曲率的动态延迟。

2.根据权利要求1的导向装置，其中，基于对轮胎特性的变化的检测来控制所述减缓操作中的减缓度。

3.根据权利要求2的导向装置，其中，所述轮胎的特性包括轮胎的磨损程度、轮胎温度或者轮胎气压。

4.根据权利要求1的导向装置，其中，基于通过计算所述车辆的总行驶距离而估计的磨损程度来控制所述减缓操作中的减缓度。

5.根据权利要求1的导向装置，其中，当绝对转向角超出预定阈值时，增加所述减缓操作中的减缓度。

6.根据权利要求1的导向装置，其中，随着绝对转向角增加，增加所述减缓操作中的减缓度。

7.根据权利要求1的导向装置，其中，所述减缓操作中的减缓度随着道路摩擦系数的增加而增加。

Images