CN107685730B - 使用车辆侧倾的用于有风情况下的自主车辆的车道保持*** - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用车辆侧倾的用于有风情况下的自主车辆的车道保持***。用于车辆(10)的车道保持***包括配置为提供指示动态车身侧倾的第一信号的第一侧倾角传感器(22)。第二侧倾角传感器(24)配置为提供指示车辆簧上和簧下质量之间的角度的第二信号。车道保持***(LKS)控制器(18)与第一和第二侧倾角传感器通信。LKS控制器(20)配置为基于横向风力在车辆(10)上的影响而响应于第一和第二信号来辨别车辆侧倾角。LKS控制器(20)配置为响应于所确定的横向风力影响而产生修正以维持车辆(10)沿着期望的路径。

Description

使用车辆侧倾的用于有风情况下的自主车辆的车道保持***
技术领域
本公开涉及完全自主车辆或有驾驶者辅助的车辆中的车道保持***。所公开的***在遭受到差动横向力时(诸如当车辆被风猛烈冲击的时候)将车辆维持在它的车道内。
背景技术
在不正常的有风情况期间被猛烈冲击的车辆造成驾驶者和占用者的不舒服。风的干扰可能是稳定的、突发的、或由背风区或过路车辆引起。在所有的情况中车辆由于到车辆上的横向风压而被猛烈冲击。阵风可以引起横向风力在短时突发中或者通过缓慢变化的条件而从零到数百磅。在一些情况下，已经观察到由于阵风而造成的10-20厘米的车道偏转。
典型的自动车道保持***使用闭环***来在车辆在道路上行驶时维持相对于车道的车辆位置。这些***已经通过提供由于风力产生的转向修正输入来得到改进，但由于要求额外的组件而成本很高或者很难实现。
存在测量侧倾角或横向加速的***，但这些***不提供具体判断横向风力在车辆上的影响的手段。其他***测量侧倾角、横向加速或风况，但这么做是为了确定最优或者新的路径，而不是维持占用者期望的路径，更像是障碍躲避***。
发明内容
在一个示例性实施例中，用于车辆的车道保持***包括配置为提供指示动态车身侧倾的第一信号的第一侧倾角传感器。第二侧倾角传感器配置为提供指示车辆簧上和簧下质量之间的角度的第二信号。车道保持***(LKS)控制器与第一和第二侧倾角传感器通信。LKS控制器配置为基于横向风力在车辆上的影响而响应于第一和第二信号来辨别车辆侧倾角。LKS控制器配置为响应于所确定的横向风力影响而产生修正以维持车辆沿着期望的路径。
在上述的进一步实施例中，视觉***传感器与LKS控制器通信并被配置为确认车辆侧倾角的准确性。
在上述任一的进一步实施例中，视觉***传感器包括摄像机。LKS控制器配置为基于车辆相对于已知地平线的关于道路的视频帧而确认车辆侧倾角的准确性。
在上述任一的进一步实施例中，第一侧倾角传感器包括陀螺仪。
在上述任一的进一步实施例中，第二侧倾角传感器是包括具有轴角的轴的传动***。第二侧倾角传感器配置为检测轴角的变化。
在上述任一的进一步实施例中，第二侧倾角传感器是包括每一个都提供横向悬架位置的诸个横向相背悬架组件的悬架***。第二侧倾角传感器配置为检测横向悬架位置的变化。
在上述任一的进一步实施例中，LKS控制器配置为确定第二信号和第一信号之间的差。该差对应于所确定的横向风力影响。
在上述任一的进一步实施例中，转向***与LKS控制器通信。LKS控制器配置为向命令的转向角增加风补偿值以维持车辆沿着期望的路径并抵消所确定的横向风力影响。
在上述任一的进一步实施例中，修正是车辆侧倾角、簧下和簧上质量之间的差、车辆速度、转向比、车辆质量和悬架系数的函数。
在另一示例性实施例中，维持车辆沿着期望路径的方法包括确定车身动态侧倾和确定车辆簧上和簧下质量之间的角度的步骤。基于所述确定步骤辨别横向风力的影响以产生修正。基于修正将风补偿值添加到命令的转向角。
在上述任一的进一步实施例中，确定步骤包括提供车辆侧倾角和包括确认车辆侧倾角的准确性的步骤。
在上述任一的进一步实施例中，包括确定车辆相对于地平线的横向定向以确认由与确定步骤相关联的第一和第二侧倾角传感器提供的车辆侧倾角的准确性的步骤。
在上述任一的进一步实施例中，地平线是基于来自摄像头的车辆相对于已知地平线的关于道路的视频帧来确定的。
在上述任一的进一步实施例中，车身动态侧倾确定步骤是使用惯性测量单元来执行的。
在上述任一的进一步实施例中，惯性测量单元包括陀螺仪。
在上述任一的进一步实施例中，角度确定步骤是使用第二侧倾角传感器来执行的。第二侧倾角传感器是包括具有轴角的轴的传动***。第二侧倾角传感器配置为检测轴角的变化。
在上述任一的进一步实施例中，角度确定步骤是使用第二侧倾角传感器来执行的。第二侧倾角传感器是包括每一个都提供横向悬架位置的诸个横向相背悬架组件的悬架***。第二侧倾角传感器配置为检测横向悬架位置的变化。
在上述任一的进一步实施例中，车道保持***(LKS)控制器配置为量化确定步骤之间的差。该差对应于所辨别的横向风力影响。
在上述任一的进一步实施例中，转向***与LKS控制器通信。LKS控制器配置为向命令的转向角增加风补偿值以维持车辆沿着期望的路径并抵消所辨别的横向风力影响。
在上述任一的进一步实施例中，修正是车辆侧倾角、簧下和簧上质量之间的差、车辆速度、转向比、车辆质量和悬架系数的函数。
附图说明
结合附图参考以下详细描述，将更好地理解本公开，在附图中：
图1是具有与横向风力相关的车道保持***的车辆的示意图。
图2是具有各种输入的车道保持***的示意图。
图3A是车辆的侧视示意图。
图3B是图3A中示出的车辆的后视示意图。
图4是描绘使用图1-2中示出的***保持车道的方法的流程图。
可以独立地或以任何组合地获取前述段落、权利要求书或以下描述和附图的实施例、示例和替换方案，包括其各种方面或相应的个别特征中的任何一个。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非所述特征不兼容。
具体实施方式
随着部分或全部自动车辆控制的引入，存在用于使用横向力感测的增强的车辆控制和安全的能力。通过使用横向力感测，车辆路径可以前摄地根据横向干扰进行调整而不是简单地在横向力已经使车辆漂移离开行驶路线之后作反应。与对于自主***来说可能是数百毫秒延迟的反应***相反，风修正数据是立即可用的。
通过使用第一和第二侧倾角传感器和在车辆由于横向风力漂移离开行驶路线之前对转向角进行修正的控制***，所公开的***和方法改进车辆舒适度。也可使用视觉***来确认来自侧倾角和横向加速传感器的侧倾角的准确性。可以例如作为车道保持***或自主操作车辆的一部分而使用横向风检测来减少现代手动扭矩辅助转向***中用户提供的风转向反扭矩。
参考图1，以高度示意性的方式示出了车辆10。车辆10包括由悬架13支撑的车轮12，该悬架13可以是任何适合的悬架配置。在一个示例中，可以包括液压式、气动式和/或机械式阻尼和弹簧元件的悬架13是可以在车辆操作期间主动地硬化或软化或者提供底盘高度变化的类型。
虽然示出了配置为使前轮12转向的扭矩辅助转向***14，但如果期望可代而提供全轮或后轮转向。驾驶者提供转向输入给方向盘16以获得车辆的期望路径。应理解，车辆10可以是具有任何适合的配置的任何类型的车辆。
横向风力(水平箭头)在车辆10的一侧作用，这产生相对于车辆10的另一侧上压力的高压。此横向风力如果足够大则可能需要操作者提供修正性转向输入给转向***14以维持车辆10沿着期望路径。在车道保持***或自主车辆的情况中，在没有来自车辆操作者的任何输入的情况下，横向风力可要求转向***14提供转向角修正，从而维持对应于由驾驶者在方向盘16处请求的车辆路径的期望路径。
参考图1和2，控制器18包括与命令转向***14的转向控制***30通信的车道保持***(LKS)控制器20。控制器18可以是单个处理器，或包括分布在车辆10中的多个处理器。
第一侧倾角传感器22与LKS控制器20通信并被配置为提供指示车身侧倾角R的第一信号(ROLLbody)，诸如通过用惯性测量单元中的陀螺仪动态地测量车身侧倾。可在测量侧倾之外还使用横向加速测量或替代测量侧倾而使用横向加速测量来确定车身侧倾角。然而，由于迫使车辆离开其期望路径的风力，第一信号可能不完全归因于车辆侧倾。
第二侧倾角传感器24与LKS控制器20通信并可以用于产生第二信号ROLLaxle，该第二信号提供关于簧下质量(即，车轮和悬架)相对于簧上质量(即，车身)的位置或角度A的额外车辆侧倾信息。
主动式悬架***可包括传感器，从该传感器可以推断车辆侧倾信息。横向相背的悬架组件可各自提供横向悬架位置，并且第二侧倾角传感器可配置为检测横向悬架位置的变化，这可以指示由于道路38上的减速带32或倾斜产生的道路角度34的变化(图3B)。在另一示例中，如同典型的，车轮12中的至少几个是由一个或多个轴驱动的。随着车辆10绕其侧倾轴移动，角度A变化。这样的配置也可以提供车辆侧倾信息。尽管道路上的不规则性可以影响车辆的路径，但这些不规则性不一定像风一样向车辆施加同一类型的横向力。由此，检测车辆的簧上和簧下质量之间的移动可以用来隔离因风力造成的车身侧倾角的变化，这将提供对因风力造成的车辆侧倾角的更准确的判断。由此，可以定制期望的转向角修正来解决风对转向的影响。如果期望，也可以使用来自第一和第二传感器的信息来修正由于大的道路拱形变化引起的转向干扰。
来自视觉***的传感器25提供信号V，该信号V提供道路32上的车辆相对于地平线38的侧倾角，如图3A和3B中所示。地平线38对应于水平表面。在一个示例中，传感器25是前向或后向摄像机，可以用来基于车辆10的与道路相关的相对于地平线的视频帧或影像的旋转部分而确定车身侧倾角。应理解，可使用诸如雷达或LIDAR的其他设备来确定车辆的横向定向。传感器25还可以检测诸如塌陷或减速带之类的不平坦表面，该不平坦表面可以产生不归因于横向风力的横向力，因此确认由第一和第二传感器22、24提供的信息。如果视觉***揭示所检测车辆的差异会成角度，那么可以使用来自摄像机而不是例如第一传感器的信息。
LKS控制器20配置为通过例如确定第二信号和第一信号之间的差来响应于第一和第二信号而辨别横向风力在车辆上的影响。该差对应于减去道路上的倾斜和减速带的影响之后所确定的横向风力影响。LKS控制器20配置为响应于所确定的横向风力影响而产生修正以维持车辆沿着期望路径，该期望路径是由驾驶者经由方向盘16通过命令与转向***14通信的转向控制***30来请求的。LKS控制器20配置为向命令的转向角增加风补偿值以维持车辆沿着期望的路径并抵消所确定的风力。
参考图2，车辆速度(N)26和其他变量可被LKS控制器20用来确定风补偿值。其他变量可包括转向比(STEERINGratio)、车辆质量(m)、以及悬架系数(Csuspension)、和/或其他车辆动态特性。这些变量可作为查找表28的一部分提供给LKS控制器20。
在图4中示出了车道保持的示例方法40。测量了车身侧倾角(ROLLbody)(框42)，并测量了对应于簧下和簧上质量之间的差的侧倾角(ROLLaxle)(框44)。维持车辆沿着期望路径所需要的修正是车辆侧倾角ROLLbody、簧下和簧上质量之间的差ROLLaxle,、车辆速度N、转向比STEERINGratio、车辆质量m和悬架系数Csuspension的函数(框46)。此函数是未知的，但可以使用例如五阶***结构和迭代最小二乘方法(或类似方法)来识别以确定未知的***系数。如果期望，可以使用附加的或不同的车辆动态特性。
还使用车辆的视觉***测量车辆侧倾角(框45)，该侧倾角用来确认所确定的转向角修正的准确性(框47)。如果视觉***基于来自第一和第二传感器22、24的所测量的车辆侧倾角之间的融合验证了转向角修正，则基于该修正将风补偿值添加到命令的转向角(框48)。转向修正施加在所测量的侧倾角的相背方向上以补偿由于风和大的道路拱形变化造成的不想要的转向干扰。
所公开的车道保持***和方法前摄地将横向风力从车辆上的其他力中辨别开来，并补偿将导致车辆偏离期望路径的那些风力。可以使用车辆的视觉***来提供对风相关的车辆侧倾的确认。
所公开的控制器18包括处理器和非瞬态存储器，用于控制操作的计算机可读代码存储在该存储器中。就硬件架构而言，这样的控制器可以包括处理器、存储器和可经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)设备接口。本地接口可以包括，例如但不限于，一个或多个总线和/或其有线的或无线的连接。本地接口可以有额外的元件(为了简单而被省略)以实现通信，额外的元件诸如控制器、缓冲器(高速缓存)、驾驶者、中继器和接收器。而且，本地接口可包括实现前述组件之间的适当通信的地址、控制、和/或数据连接。
控制器18可以是用于执行软件特别是存储在存储器中的软件的硬件设备。处理器可以是顾客定制的或市场上可购得的处理器、中央处理单元(CPU)、数个处理器之间与控制器相关联的任何辅助处理器、基于半导体的微处理器(微芯片或芯片组的形式)或一般地用于执行软件指令的任何设备。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM等)中的任何一种或组合。而且，存储器可以结合电子、磁、光学和/或其他类型的存储介质。存储器还可以具有分布式架构，其中各种组件彼此远离地放置但可以被控制器访问。
存储器中的软件可包括一个或多个单独的程序，该一个或多个单独的程序的每一个都包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。体现为软件的***组件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本、或任何其他包括将被执行的指令集的实体。当被解释为源程序时，程序经由可能或者可能不包括在存储器内的编译器、汇编器、解释器等被翻译。
可耦合到***I/O接口的输入/输出设备可包括输入设备，例如但不限于扫描仪、话筒、相机、接近度设备等。而且，输入/输出设备还可包括输出设备，例如但不限于显示器等。最后，输入/输出设备可进一步包括既作为输入又作为输出而通信的设备，例如但不限于调制器/解调器(用于访问另一设备、***或网络)、射频(RF)或其他收发器、网桥、路由器等。
当控制器18在操作中时，处理器可以配置为执行存储在存储器内的软件、往来于存储器传送数据、以及一般地根据软件控制计算设备的操作。存储器中的软件整体地或者部分地由处理器读取，可能缓存在处理器内，随后被执行。
还应理解，尽管在所解说的实施例中公开了特定的组件安排，但其他安排也可从其获益。尽管示出、描述和要求保护特定的步骤序列，但应理解除非另外地指示了，步骤可用任何次序、单独地或组合地执行，并将从本发明获益。
尽管不同的示例具有图中示出的特定组件，但本发明的实施例不限于那些特定组合。使用来自示例中的一个的组件或特征中的一些与来自示例中的另外一个的特征或组件的组合是可行的。
尽管已公开了示例实施例，但本领域普通技术人员将认识到某些修改将落在权利要求书的范围内。出于此原因，应研究以下权利要求以确定他们的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种用于车辆(10)的车道保持***，其特征在于，包括：
配置为提供指示动态车身侧倾的第一信号的第一侧倾角传感器(22)；
配置为提供指示车辆簧上和簧下质量之间的角度的第二信号的第二侧倾角传感器(24)；以及
与所述第一和第二侧倾角传感器通信的车道保持***控制器(18)，所述车道保持***控制器(20)配置为基于横向风力在所述车辆(10)上的影响而响应于所述第一和第二信号来辨别车辆侧倾角，所述车道保持***控制器(20)配置为响应于所确定的横向风力影响来产生修正以维持所述车辆(10)沿着期望路径。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，包括与所述车道保持***控制器(20)通信并被配置为确认所述车辆侧倾角的准确性的视觉***传感器(25)。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述视觉***传感器(25)包括摄像机，且所述车道保持***控制器(20)被配置为基于所述车辆(10)相对于已知地平线(38)的关于道路(32)的视频帧而确认所述车辆侧倾角的准确性。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一侧倾角传感器(22)包括陀螺仪。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二侧倾角传感器(24)是包括具有轴角的轴的传动***，且所述第二侧倾角传感器(24)被配置为检测所述轴角的变化。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二侧倾角传感器(24)是包括每一个都提供横向悬架位置的诸个横向相背的悬架组件的悬架(13)***，并且所述第二侧倾角传感器(24)被配置为检测所述横向悬架位置的变化。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述车道保持***控制器(20)被配置为确定所述第二信号和所述第一信号之间的差，所述差对应于所述确定的横向风力影响。
8.如权利要求1所述的***，其特征在于，包括与所述车道保持***控制器(20)通信的转向***(14)，所述车道保持***控制器(20)被配置为向命令的转向角增加风补偿值以维持所述车辆(10)沿着所述期望路径并抵消所述确定的横向风力影响。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述修正是所述车辆侧倾角、所述簧下和簧上质量之间的差、车辆速度、转向比、车辆质量和悬架系数的函数。
10.一种维持车辆(10)沿着期望路径的方法(40)，所述方法包括以下步骤：
确定车身动态侧倾；
确定车辆簧上和簧下质量之间的角度；
基于包括确定车身动态侧倾以及确定车辆簧上和簧下质量之间的角度的两个确定步骤，辨别横向风力的影响以产生修正；以及
基于所述修正将风补偿值添加到命令的转向角。
11.如权利要求10所述的方法(40)，其特征在于，所述两个确定步骤包括提供车辆侧倾角和包括确认所述车辆侧倾角的准确性的步骤。
12.如权利要求11所述的方法(40)，其特征在于，包括确定车辆相对于地平线(38)的横向定向以确认由与所述两个确定步骤相关联的第一和第二侧倾角传感器提供的所述车辆侧倾角的准确性的步骤。
13.如权利要求12所述的方法(40)，其特征在于，所述地平线(38)是基于来自摄像头的所述车辆(10)相对于已知地平线(38)的关于道路(32)的视频帧来确定的。
14.如权利要求10所述的方法(40)，其特征在于，所述车身动态侧倾确定步骤是使用惯性测量单元来执行的。
15.如权利要求14所述的方法(40)，其特征在于，所述惯性测量单元包括陀螺仪。
16.如权利要求10所述的方法(40)，其特征在于，角度确定步骤是使用第二侧倾角传感器(24)来执行的，所述第二侧倾角传感器(24)是包括具有轴角的轴的传动***，且所述第二侧倾角传感器(24)被配置为检测所述轴角的变化。
17.如权利要求10所述的方法(40)，其特征在于，角度确定步骤是使用第二侧倾角传感器(24)来执行的，所述第二侧倾角传感器(24)是包括每一个都提供横向悬架位置的诸个横向相背的悬架组件的悬架(13)***，并且所述第二侧倾角传感器(24)被配置为检测所述横向悬架位置的变化。
18.如权利要求10所述的方法(40)，其特征在于，车道保持***控制器(18)被配置为量化所述两个确定步骤之间的差，所述差对应于所辨别的横向风力影响。
19.如权利要求18所述的方法(40)，其特征在于，包括与所述车道保持***控制器(20)通信的转向***(14)，所述车道保持***控制器(20)被配置为向命令的转向角增加风补偿值以维持所述车辆(10)沿着所述期望路径并抵消所述辨别的横向风力影响。
20.如权利要求19所述的方法(40)，其特征在于，所述修正是所述车辆侧倾角、所述簧下和簧上质量之间的差、车辆速度、转向比、车辆质量和悬架系数的函数。
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