CN102066185B - 用于协助变换车道的车辆驾驶辅助*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车道变换辅助***(LCA)，包括用于控制所行驶车道的邻接车道的雷达***，该车道变换辅助***通过对车辆施加主动转向扭矩或输出适当警告信号进行干预。

Description

用于协助变换车道的车辆驾驶辅助***

技术领域

本发明涉及一种车辆驾驶辅助***，尤其涉及一种用于协助变换车道的车辆驾驶辅助***。

背景技术

现有技术中已有用于协助变换车道的车辆驾驶辅助***。 

例如，专利文献EP-1312506或WO2007/014633描述了一种驾驶辅助***，该***通过对潜在的危险发出信号，即，在车道变换过程中，邻道上正在靠近的车辆可能会与该辅助***的车辆相撞，从而适于协助驾驶员采取变换车道策略。

为了获得侧边车道监控***，已知的***使用外部摄像机，该外部摄像机优选地与侧后视镜为一体式，以提供输出信号，该输出信号适于探测邻道上车辆的存在状况及其运动。

然而，这种***并不是最佳***，因为其探测范围不超过车辆的长度，因此无法准确地探测到从远处高速驶来的车辆，而这可能会延长正常的驾驶员对障碍的反应时间。

因此，所述已知的解决方案提供的驾驶辅助程度有限，不足以确保在任何危险驾驶情形下的全面辅助。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种解决上述所有问题的车道变换辅助***。

本发明涉及一种车道变换辅助***，包括：

车道探测模块（LDM），包括能够处理道路图像的***；

侧向探测模块（LVD），包括雷达***，该雷达***能够探测侧边车道上的物体，并测量其位置和速度；

车辆数据模块（SVV），能够探测关于车辆参数的数据；

接触反应控制模块（HFC），能够接收来自所述车道、所述侧向探测模块和所述车辆数据模块的信号，并输出用于传送至车辆转向***的抵消扭矩。

其中，所述雷达***包括一个或多个雷达，以获得探测邻道上的车辆的侧向视野；所述侧边探测模块（LVD）包括用于对邻道上的物体进行所述探测的装置，该探测基于对被探测物体的运动的分析而进行，所述被探测物体为环境中与正进行超车的车辆具有反向的相对运动的因素，所述分析在与紧邻车道相应的图像的特定部分进行，所述被分析的区域动态适应***探测到的道路几何形状的变化。

优选地，车道变换辅助模块（LCAM）通过进行适当的转向干预，即，施加主动转向扭矩，防止驾驶员在危险情形下采取变换车道的对策，从而避免由于变换车道的车辆所行驶的车道上有另一车辆靠近而产生的紧急情况。

本发明尤其涉及一种用于协助变换车道的车辆驾驶辅助***，如权利要求中所述。

附图说明

通过以下对优选实施例（以及该实施例的相关替代例）的详细说明并结合附图，本发明的目的和优点将清晰展现：

图1.1到1.6为道路车流的典型情形图示，其中应用了根据本发明的车道变换辅助***；

图2.1和2.2分别为道路的弯曲半径以及车辆关于交通道路的轨迹的图示；

图3.1到图3.4示意了车辆上雷达位置的两个变形；

图4为根据本发明的驾驶辅助***的功能框图；

图5为***对转向装置施加的抵消扭矩的图示；

图6为***软件功能的有限状态图；

附图中相同的标记数字和字母表示同一部件或者功能等同的部件、元件或幅度。

具体实施方式

以下结合主要组成模块对本***—即本发明的目的进行具体说明。

车道变换辅助***，以下简称LCA，包含两个主要功能：

检测邻接区域内的车辆存在情况，即，侧边车道上平行的车辆（盲区监控）；

检测后方驶来的车辆，并对其距离和相对靠近速度进行估值（靠近车辆监控）。

根据上述两个功能，当车辆保持在其车道上，以及当驾驶员试图采取车道变换手法时，所述LCA***将其他车辆的存在情况告知驾驶员。

因此，所述LCA***具有两个目的：第一，将位于盲区的车辆存在情况告知驾驶员（当方向指示器激活后）；第二，当驾驶员试图采取危险的车道变换手法时，该***对其发出警告。因此，有必要探测位于盲区和该车辆所行驶车道的邻接车道上其他车辆的情况。对于所述警告功能，为评估警告的轻重等级，有必要知道后方车辆的距离和速度。

务必记住，相当多的交通事故发生在这样的道路上：两车的行驶路径相平行，接着其中一辆车变换车道，撞上另一辆车。

述及功能，所述LCA***优选地具有以下特征：

适用于任何类型的道路，典型地为多条平行车道，其最小弯曲半径为例如125、250 或 500m（图2.1），依情况而定；

在一定的车辆速度范围内发挥干预，例如，从最低速度5 km/h到法律允许的最高速度（重型卡车为90 km/h）；

可以在任何天气状况下工作，包括最恶劣的情形，例如雾天，大雨天，或雪天，以及任何照明状态，甚至在夜间； 

可以探测到任何类型的车辆。

图1示意了典型的车道变换情形：

朝左转向，为超车或排成列行驶（图1.1）；朝右转向，适于超车结束后或排成列行驶后（图1.2）；从休息区驶上车道，或者由于车辆正在行驶的车道发生阻塞而变换车道（图1.3）；从侧边车道超车后（图1.4）、或有车辆位于盲区时（图1.5），保持在自己的侧道上；超车结束后转回右车道（图1.6）。

所述LCA***具有图4所述的软件架构。

车道探测模块LDM，包括虚拟***，该虚拟***由电视摄像机和适当的硬件/软件组成，能够处理图像，并探测道路几何形状和车辆相对于交通道路的轨迹（参见图2.2）。

侧向探测模块LVD，包括能探测邻道上的物体、并测量其位置和速度的感应***。

转向控制模块SCM，能够将通过功能控制算法计算的扭矩传送至方向盘，转向箱可以配备电动助力转向装置、扭矩传感器和转向角。

车辆数据模块SVV，能够根据车辆参数输出如车辆速度、偏航速率、横向加速度、转向角和方向指示器等数据。

接触反应控制模块HFC，包括电动控制单元，该电动控制单元用于接收来自道路、所述横向探测模块和车辆数据模块的数据，并输出传送至车辆转向***的抵消扭矩。

人机界面模块HMI，利用所述LCA的功能对驾驶员进行干预。

特别地，所述侧边探测模块LVD包括一个或多个雷达，以获得侧向视野。

所述侧向视野***探测位于邻道上的车辆。

该探测基于对被探测物体的运动的分析：环境中所有因素（道路，房屋，树木，停泊车辆等）都与正进行超车的车辆具有反向的相对运动。当所述车辆没有位于预定激活区域（最低速度<车辆速度<最高速度），所述功能自动关闭。

以上分析是通过雷达及各雷达软件，在对应于紧邻车道的图像特定部分进行的。在车辆上其他传感器发出的信号的基础上，该被分析的区域动态地适应道路几何形状的改变。

所述雷达进行以下测量：

以水平视野，即40°视角探测邻道上的物体存在情况；

评估障碍物的距离，最大距离视野为例如向后100米（如图2.1中的距离D）；

评估与邻道上驶来车辆的相对速度。

至于其位置，参见图3.1和3.2，雷达R突出于车辆的侧壁，以确保最佳功能。优选地，具有两个雷达，每侧各一个，以控制两边邻道，雷达的高度适当，距离地面不太远，优选地位于前轮上方、在车厢侧约1.2米高处，并朝着车辆的后方，以最优化其定位和扫描范围。

图3.3和3.4示意了雷达R的另一例最佳位置，位于用作登上车辆的侧梯的踏板竖板上。在这个位置，所述雷达不增加车辆空转（低速时）的横向尺寸L。

雷达，或两个雷达——车辆每侧各一个，位于车厢区域、车轮罩之上，其定位是通过设置适当的隔间来实现的，该隔间使雷达在折叠后保持在法律规定的静止车辆的最大宽度范围之内。

因此，雷达可以安装在折叠型支撑件上，当车辆静止或其速度大于控制干预阈值时，该支撑件允许手动或自动折叠雷达。折叠机构可以是例如与后视镜所采用的相同的类型，并能够实现停止的开口位置的功能，例如卡合类型，因为该位置需要十分精确，以实现最佳定位功能。

当车辆超过预定速度时，所述用于保持雷达的支撑件通过适合的促动器自动打开。当车辆超过激活该功能的速度而支撑件没有打开时，例如，由于促动器故障或支撑件的机械阻塞，所述雷达探测到闭合位置，关闭功能，并向驾驶员发出信号，示意该功能不可用。可能产生的停止位置（打开位置）的最小漂移可以通过自动校准步骤，在完成打开步骤后自动激活，由雷达自身来补偿。

由于传统***并未覆盖车辆旁侧区域，即所谓的盲区，而雷达取代了现有技术中的集成在后视镜中的摄像机，解决了上述问题，提高了驾驶安全性，因而实现了更好的侧边监测。

接触反应控制模块HFC实现转向装置上的接触反应，即，该模块根据对后方或旁边其他车辆位置的探测，计算施加到方向盘上的抵消扭矩。

另外，所述HFC可监控驾驶员的手是否在方向盘上，必要时发出警告信号。HFC还控制人机界面模块HMI，通过发出听觉或视觉警报，将紧急或危险情况恰如其分地告知驾驶员。 

所述LCA***在车辆未配备转向控制模块SCM以及接触反应控制模块HFC时也能实现其功能。在这种情况下，所述HMI模块将为驾驶员提供即时听觉或视觉信号而非接触反应，从而不改变该协助变换车道的驾驶辅助***的目标。显然，将抵消扭矩应用到转向***的接触信号提供了显著的附加值，因而该接触信号是所述LCA***的一种特别功能。

所述HFC模块接收来自所述LDM、LVD和SVV模块的数据，将处理后的数据发送至所述SCM，进行扭矩请求，接着传送至所述HMI模块，以告知驾驶员。

使用的主要信号有：

来自LDM的信号：

车辆相对于右道线或左道线的横向位移；

车辆相对于车道中轴线的角度；

道路的弯曲度；

道路左右边界的类型；

来自LVD的信号：

邻道上车辆的存在情况、位置和速度；

来自SCM的信号：

驾驶员施加在方向盘上的扭矩；

转向角和速度；

车辆信号：

速度、偏航程度、横向加速度、方向以及方向指示器。

所述HFC模块计算出所请求的、传送至转向控制器SCM的扭矩值，以便在车道变换过程中将临近的危险警告驾驶员，并输出如图5所示的扭矩图。

该计算考虑了侧边车辆的存在情况、车辆相对于车道中间以及车道尺寸的位置，输出如图5所示的扭矩图。

需要区别三种类型的区域：

无干预区，其中，扭矩为0—持续到驾驶员将车辆保持在车道中间、远离车道边界；在这种情况下，尽管一些车辆从侧边靠近，所述LCA并不通过转向装置向驾驶员提供任何接触反应；

中间区，其中，扭矩请求为关于扭矩请求最大值、车道宽度、最大干预值以及无干预值的线性函数。

如果车辆朝车道边界偏移，而邻道上有一辆危险的车，当所述车辆超过靠近车道边界的预定距离时，所述LCA对转向装置施加扭矩，向驾驶员提供接触反应。

最大干预值区，其中，输出的扭矩为扭矩请求最大值（MAX TORQUE REQUEST），当车辆行驶在车道的该“侧边”区域，而邻道上存在着危险车辆时。 

优选地，所述施加转向扭矩的SCM模块包括电子控制转向***，以及当用于重型车辆时，该转向扭矩优选地由转向单元提供，该转向单元为电子控制伺服辅助型（EPS），配合使用液压控制伺服辅助型（HPS）转向单元。

所述LCA***还适于实现“空置”状态下的功能，在该状态包含的以下情形中，所述LCA***的干预作用将被绕过或取消：

驾驶员施加的扭矩超过由所述LCA提供的最大扭矩（扭矩请求最大值）；

转向角的绝对值超过一定阈值；

转向速度超过一定阈值；

车道宽度小于最小值或大于最大值；

车辆超出车道，例如超出0.30m。

所述LCA***软件的实现基于有限状态模块基础，如图6所示。

四种有限状态可能为：

IDLE（空闲）为初始操作状态。当车辆发动后（点火由OFF (关) 到ON (开) ），所述LCA为IDLE状态，而只有当驾驶员明确进行激活、且所有激活情形都经过证实后，所述LCA才开始操作。在这种状态下，转向装置上的接触控制不可用。

NORM（正常）为正常操作状态。当车辆发动后（点火状态为ON），所述LCA打开，且驾驶员通过启动开关随时可以使用。当收到驾驶员的请求后，如果所有的操作状态都是有效的，则车辆切换至NORM状态。在这种状态下，所述转动装置上的接触控制可用。如果车辆位于车道中间、远离边界，则不对所述转动装置上的接触反应发出请求，而如果驾驶员在变换车道时靠近了车道边界，且邻道上存在相关障碍物，则所述LCA对所述转向装置输出抵消扭矩，以警告驾驶员存在的危险。

所述LCA利用所述LDM模块，探测车辆相对于车道中间的轨迹改变的开始，并根据驾驶员在开始采取变换车道手法时是否激活方向指示器而产生不同的结果，如果未激活，则输出听觉或视觉信号。接着，所述LCA进行侧道控制，鉴别侧道是否空闲，并计算采取变换车道手法的可能性：如果不可能，则***对转向轮施加抵消扭矩。

当所述LCA***探测到危险情况时，就算方向指示器已经激活，所述LCA***将仍对所述SCM模块的转向促动器施加抵消扭矩，以促使驾驶员保持在其车道上行驶，避免危险的车道变换。

施加该扭矩，通过作用在转向轮的抵消扭矩，反向抵挡了驾驶员变换车道的趋向。该主动扭矩还提供了请求转向动作的直观指示，使车辆返回至理想车道的边界内。

作为一项附加功能，电子处理设备可以包括各种其他功能，例如，发出有关要超过静止车辆的其他车辆的信号，或者发出有关以低速——例如低于25km/h行驶的、正在进行超车的车辆的信号，或者探测夜间从后方驶来的车辆。

所述LCA***可通过所述HMI模块，向驾驶员提供听觉或视觉指示。

OVR为空置状态，其中，所述LCA功能暂时不可用。当发生空置的情形之一时，所述***切换到OVR状态。驾驶员可以随时将所述LCA***设为可用或不可用。通过所述LCA施加转向装置上的扭矩值并不大，这样，驾驶员可以随时通过对转向装置施加更大的扭矩值，从而手动使所述LCA不可用。这种情况可能发生在紧急措施中，例如为避免突然出现的障碍物。

FAIL（故障）为对所述LCA***中的故障或缺陷进行检查的状态。***切换至FAIL状态并保持到故障终止为止，接着返回至IDLE状态。在FAIL状态，所述接触控制不可用。

以上所述功能可以通过计算机程序来实现，该程序在一个或多个电子处理装置上运行，该电子处理装置为一体式或分成互相协作的不同单元。当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序还包括适于实现上述功能中的一个或多个步骤的代码装置。因此，本发明的范围还包括所述计算机程序和包括记录信息的计算机可读媒介，当这种程序在计算机上运行时，所述计算机可读媒介包括程序代码装置，用于实现上述功能中的一个或多个步骤。

显然，在不脱离本发明范围的前提下，本领域技术人员能够很容易想到本发明的其他替代例和等同实施例，并将其付诸实践。

借助以上描述，本领域技术人员便能够实施本发明，而无需进一步的细节构建。特别地，计算机程序可以通过现有的编程语言中任何一种应用在本发明领域的语言来实现。

Claims (8)

1.用于车辆的车道变换辅助***，包括：

车道探测模块(LDM)，包括能够处理道路图像的***；

侧边探测模块(LVD)，包括雷达***，该雷达***能够探测侧边车道上的物体，并测量其位置和速度；

车辆数据模块(SVV)，能够探测车辆参数的数据；

接触反应控制模块(HFC)，能够接受来自所述车道探测模块(LDM)、所述侧边探测模块(LVD)和所述车辆数据模块(SVV)的信号，并输出将传送至车辆转向***的抵消扭矩；

其特征在于，所述车道探测模块(LDM)能够探测道路几何形状以及车辆相对于所述侧边车道的轨迹，且所述雷达***(LVD)在图像的对应于左边和/或右边邻道的特定部分对所述物体进行探测，并且在车辆上传感器发出的信号的基础上，被分析的区域动态地适应所述道路几何形状的改变。

2.根据权利要求1所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述雷达***包括一个或多个雷达，以获得探测邻道上的车辆的侧向视野；用于对邻道上的物体进行所述探测的装置，该探测基于对被探测物体的运动的分析而进行，所述被探测物体为环境中与正进行超车的车辆具有反向的相对运动的因素。

3.根据权利要求2所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述一个或多个雷达位于突出于车辆侧壁的位置，每侧各一个雷达，以控制左右两边邻道，雷达位于车厢侧部，距离地面适当的高度，在前轮上方或用作登上车辆的侧梯的踏板竖板上，并朝着车辆的后方。

4.根据权利要求3所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述一个或多个雷达包括折叠式支撑件，当车辆的速度小于控制干预阈值，或当车辆静止时，雷达可以手动或自动折叠，所述雷达位于侧壁上的适当隔间内。

5.根据权利要求4所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述折叠式支撑件与车辆后视镜采用的类型相同，且包括打开时的停止位置，为卡合式。

6.根据权利要求1所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述接触反应控制模块(HFC)根据扭矩图，输出将传送至车辆转向***的所述抵消扭矩，该扭矩图识别三种类型的交通车道区域：

无干预区，其中，抵消扭矩为0直到驾驶员将车辆保持在车道中间、远离车道边界；

中间区，其中，抵消扭矩为关于抵消扭矩请求最大值和车道宽度的线性函数；

最大干预值区，其中，当车辆行驶在车道的侧边区域，而邻道上存在着危险车辆时，输出的扭矩为最大值。

7.根据权利要求6所述的车道变换辅助***，其特征在于，所述接触反应控制模块(HFC)***还适于实现“空置”状态下的功能，在该状态包含的以下情形中，所述车道变换辅助***的干预作用将被绕过或取消：

驾驶员施加的扭矩超过最大抵消扭矩；

转向角的绝对值超过一定阈值；

车道宽度小于车道宽度最小值或大于车道宽度最大值；

车辆超出车道。

8.根据权利要求1所述的车道变换辅助***，进一步包括：

转向控制模块(SCM)，能够将所述抵消扭矩传送至转向轮；

人机界面模块(HMI)。