CN102717825A - 一种协同式车道保持控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种协同式车道保持控制方法，每当一个工作周期开始时，状态观测模块实时获取驾驶员操作力矩传送给驾驶员操作状态判断模块，获取路面环境信息和车辆状态参数传送给车道偏离判断模块；驾驶员操作状态判断模块判断驾驶员操作状态：如果驾驶员在操作，助力转向模块输出一电机控制电压给斜率限制模块；如果驾驶员未操作，车道偏离判断模块根据路面环境信息和车辆状态参数判断车辆是否偏离车道，如果偏离车道，主动车道保持模块输出一电机控制电压给斜率限制模块；斜率限制模块对接收到的电机控制电压进行协调，输出给脉宽调制模块，转换成脉宽调制信号，输出给电机，驱动电动转向***工作。本发明可以广泛用于各种基于电动转向***的车道保持控制技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车车道保持控制方法，特别是关于一种汽车主动安全控制用的基于电动转向***的协同式车道保持控制方法。
背景技术
目前，随着汽车主动安全技术研究的不断深入，电动转向***在车道保持控制方面的应用逐渐增多，基于电动转向***的车道保持控制研究也在不断完善。目前关于此方面的研究大多将电动转向***作为车道保持***的执行部件，忽略电动转向***的助力转向功能。这种策略由于没有考虑电动转向***的结构共用和控制协同问题，在一定程度上造成了硬件资源的浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够兼顾汽车电动转向***主动车道保持功能和助力转向功能的协同式车道保持控制方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种协同式车道保持控制方法，其包括以下步骤：1)采用车辆现有装置构成一实时采集控制***，该***包括状态观测模块、GPS单元、摄像头单元、车载总线、转矩传感器、转角传感器、驾驶员操作状态判断模块、助力转向模块、车道偏离判断模块、主动车道保持模块、斜率限制模块、脉宽调制模块、电机和电动转向***；2）每当一个工作周期开始时，状态观测模块实时获取转矩传感器测得的驾驶员操作力矩Td，传送给驾驶员操作状态判断模块，同时从GPS单元和摄像头单元获取路面环境信息，从车载总线上获取车辆状态参数传送给车道偏离判断模块；3）驾驶员操作状态判断模块根据接收到的驾驶员操作力矩Td判断驾驶员操作状态：如果驾驶员在操作方向盘，转至步骤4）；如果驾驶员未操作方向盘，转至步骤5）；4）电动转向***工作在助力转向模式，由助力转向模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤7）；5）车道偏离判断模块根据接收到的路面环境信息和车辆状态参数判断车辆是否偏离车道：如果车辆偏离车道，转至步骤6）；如果车辆未偏离车道，返回步骤2）；6）电动转向***工作在主动车道保持模式，由主动车道保持模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤7）；7）斜率限制模块对接收到的电机控制电压进行协调，并将协调结果输出给脉宽调制模块，转换成脉宽调制信号，输出给电机，驱动电动转向***工作。
上述步骤3）中，驾驶员操作状态判断模块根据以下步骤判断驾驶员操作状态：
3.1）将驾驶员操作力矩Td与设定的转矩阈值αT进行比较：
如果Td大于αT,判定驾驶员正在操作方向盘；
如果Td小于αT,进入步骤3.2）；
3.2）将Td小于αT状态所持续的时间t与设定的时间阈值αt进行比较：
如果t大于αt,判定驾驶员未操作方向盘；
如果t小于等于αt,判定驾驶员仍在操作方向盘。
上述步骤5）中，车道偏离判断模块根据以下步骤判断车辆是否偏离车道：
5.1）根据路面环境信息与车辆状态参数计算车辆跨道时间；
5.2）将车辆跨道时间与设定的时间阈值进行比较：
如果车辆跨道时间小于设定的时间阈值，判定车辆偏离车道；
如果车辆跨道时间大于等于设定的时间阈值，判定车辆未偏离车道。
上述步骤6）中，主动车道保持模块利00用其内设置的驾驶员模型和PID控制器，通过以下步骤输出电机控制电压：
6.1）状态观测模块将车辆目标轨迹和车辆实际轨迹传送给驾驶员模型；
6.2）驾驶员模型根据车辆目标轨迹和车辆实际轨迹计算目标方向盘转角，将其输出给PID控制器；
6.3）PID控制器根据目标方向盘转角与转角传感器采集的实际方向盘转角的差值，计算相应的电机控制电压，输出。
上述车辆目标轨迹为路面环境信息中的车道中心线，车辆实际轨迹信息从车载总线上获取。
上述步骤7）中，斜率限制模块限制其接收到的电机控制电压的斜率增长速率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明根据驾驶员操作状态，将电动转向***工作模式划分为主动车道保持模式和助力转向模式两种运行工况，针对这两种运行工况分别采取相应的控制方法，从而可以在驾驶员有操作时实行助力转向，在驾驶员未操作且车辆偏离车道时实行主动车道保持，实现了电动转向***的结构共用，有效地提高了***的工作效率。2、本发明采用斜率限制完成主动车道保持模式和助力转向模式切换时的协调控制，有利于两工作模式的平稳过渡。本发明可以广泛用于各种基于电动转向***的车道保持控制技术领域中。
附图说明
图1是实现本发明的***组成示意图；
图2是本发明的驾驶员操作状态判断示意图；
图3是本发明的主动车道保持控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的协同式车道保持控制方法需要通过一实时采集控制***实现，该***包括状态观测模块1、GPS单元2、摄像头单元3、车载总线4、转矩传感器5、转角传感器6、驾驶员操作状态判断模块7、助力转向模块8、车道偏离判断模块9、主动车道保持模块10、斜率限制模块11、脉宽调制（PWM）模块12、电机13和电动转向***14。
本发明的协同式车道保持控制方法将电动转向***工作模式划分为主动车道保持模式和助力转向模式两种运行工况，针对这两种运行工况分别制定相应的控制方法，在模式切换时采用斜率限制完成协调控制，组成完整的协同式车道保持控制方法，其包括以下步骤：
1）每当一个工作周期开始时，状态观测模块实时获取转矩传感器测得的驾驶员操作力矩Td，传送给驾驶员操作状态判断模块，同时从GPS单元和摄像头单元获取路面环境信息，从车载总线上获取车辆状态参数传送给车道偏离判断模块；其中路面环境信息可以包括车道中心线信息，车辆状态参数可以包括车速与横摆角速度等信息；
2）驾驶员操作状态判断模块根据接收到的驾驶员操作力矩Td判断驾驶员操作状态：
如果驾驶员在操作方向盘，转至步骤3）；
如果驾驶员未操作方向盘，转至步骤4）；
3）电动转向***工作在助力转向模式，由助力转向模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤6）；
4）车道偏离判断模块根据接收到的路面环境信息和车辆状态参数判断车辆是否偏离车道：
如果车辆偏离车道，转至步骤5）；
如果车辆未偏离车道，返回步骤1）；
5）电动转向***工作在主动车道保持模式，由主动车道保持模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤6）；
6）斜率限制模块对接收到的电机控制电压进行协调，并将协调结果输出给脉宽调制模块，转换成脉宽调制信号，输出给电机，驱动电动转向***工作。
如图2所示，上述步骤2）中，驾驶员操作状态判断模块根据以下步骤判断驾
驶员操作状态：
2.1）将驾驶员操作力矩Td与设定的转矩阈值αT进行比较：
如果Td大于αT,判定驾驶员正在操作方向盘；
如果Td小于αT,进入步骤2.2）；
2.2）将Td小于αT状态所持续的时间t与设定的时间阈值αt进行比较：
如果t大于αt，判定驾驶员未操作方向盘；
如果t小于等于αt,判定驾驶员仍在操作方向盘。
上述步骤4）中，车道偏离判断模块判断根据以下步骤判断车辆是否偏离车道：
4.1）根据路面环境信息与车辆状态参数计算车辆跨道时间；
4.2）将车辆跨道时间与设定的时间阈值进行比较：
如果车辆跨道时间小于设定的时间阈值，判定车辆偏离车道；
如果车辆跨道时间大于等于设定的时间阈值，判定车辆未偏离车道。
如图3所示，上述步骤5）中，主动车道保持模块为一包括驾驶员模型和PID控制器的闭环控制回路，当车辆偏离车道时，通过以下步骤输出电机控制电压，以实现主动车道保持：
5.1）状态观测模块将车辆目标轨迹和车辆实际轨迹传送给驾驶员模型；其中，车辆目标轨迹可以是车道中心线，车辆实际轨迹信息可以从车载总线上获取；
5.2）驾驶员模型根据车辆目标轨迹和车辆实际轨迹计算目标方向盘转角θso，将其输出给PID控制器；
5.3）PID控制器根据目标方向盘转角θso与转角传感器采集的实际方向盘转角θs的差值，计算相应的电机控制电压，输出。
上述步骤6）中，斜率限制模块限制其接收到的电机控制电压的斜率增长速率，从而实现助力转向模式和主动车道保持模式之间的协调控制。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种协同式车道保持控制方法，其包括以下步骤：
1)采用车辆现有装置构成一实时采集控制***，该***包括状态观测模块、GPS单元、摄像头单元、车载总线、转矩传感器、转角传感器、驾驶员操作状态判断模块、助力转向模块、车道偏离判断模块、主动车道保持模块、斜率限制模块、脉宽调制模块、电机和电动转向***；
2）每当一个工作周期开始时，状态观测模块实时获取转矩传感器测得的驾驶员操作力矩Td，传送给驾驶员操作状态判断模块，同时从GPS单元和摄像头单元获取路面环境信息，从车载总线上获取车辆状态参数传送给车道偏离判断模块；
3）驾驶员操作状态判断模块根据接收到的驾驶员操作力矩Td判断驾驶员操作状态：
如果驾驶员在操作方向盘，转至步骤4）；
如果驾驶员未操作方向盘，转至步骤5）；
4）电动转向***工作在助力转向模式，由助力转向模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤7）；
5）车道偏离判断模块根据接收到的路面环境信息和车辆状态参数判断车辆是否偏离车道：
如果车辆偏离车道，转至步骤6）；
如果车辆未偏离车道，返回步骤2）；
6）电动转向***工作在主动车道保持模式，由主动车道保持模块输出一电机控制电压给斜率限制模块，进入步骤7）；
7）斜率限制模块对接收到的电机控制电压进行协调，并将协调结果输出给脉宽调制模块，转换成脉宽调制信号，输出给电机，驱动电动转向***工作。
2.如权利要求1所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，驾驶员操作状态判断模块根据以下步骤判断驾驶员操作状态：
3.1）将驾驶员操作力矩Td与设定的转矩阈值αT进行比较：
如果Td大于αT,判定驾驶员正在操作方向盘；
如果Td小于αT,进入步骤3.2）；
3.2）将Td小于αT状态所持续的时间t与设定的时间阈值αt进行比较：
如果t大于αt,判定驾驶员未操作方向盘；
如果t小于等于αt,判定驾驶员仍在操作方向盘。
3.如权利要求1所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤5）中，车道偏离判断模块根据以下步骤判断车辆是否偏离车道：
5.1）根据路面环境信息与车辆状态参数计算车辆跨道时间；
5.2）将车辆跨道时间与设定的时间阈值进行比较：
如果车辆跨道时间小于设定的时间阈值，判定车辆偏离车道；
如果车辆跨道时间大于等于设定的时间阈值，判定车辆未偏离车道。
4.如权利要求2所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤5）中，车道偏离判断模块根据以下步骤判断车辆是否偏离车道：
5.1）根据路面环境信息与车辆状态参数计算车辆跨道时间；
5.2）将车辆跨道时间与设定的时间阈值进行比较：
如果车辆跨道时间小于设定的时间阈值，判定车辆偏离车道；
如果车辆跨道时间大于等于设定的时间阈值，判定车辆未偏离车道。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤6）中，主动车道保持模块利用其内设置的驾驶员模型和PID控制器，通过以下步骤输出电机控制电压：
6.1）状态观测模块将车辆目标轨迹和车辆实际轨迹传送给驾驶员模型；
6.2）驾驶员模型根据车辆目标轨迹和车辆实际轨迹计算目标方向盘转角，将其输出给PID控制器；
6.3）PID控制器根据目标方向盘转角与转角传感器采集的实际方向盘转角的差值，计算相应的电机控制电压，输出。
6.如权利要求5所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述车辆目标轨迹为路面环境信息中的车道中心线，所述车辆实际轨迹信息从车载总线上获取。
7.如权利要求1或2或3或4或6所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤7）中，斜率限制模块限制其接收到的电机控制电压的斜率增长速率。
8.如权利要求5所述的一种协同式车道保持控制方法，其特征在于：所述步骤7）中，斜率限制模块限制其接收到的电机控制电压的斜率增长速率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121010 |