CN110831837A

CN110831837A - 用于在行车道上驾驶机动车辆的辅助设备

Info

Publication number: CN110831837A
Application number: CN201880040319.3A
Authority: CN
Inventors: E·达利耶; A·阿达
Original assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2020-02-21
Also published as: EP3634835B1; US11648942B2; EP3634835A1; FR3066985B1; US20200156635A1; JP7370253B2; KR102589908B1; JP2020522425A; FR3066985A1; WO2018224778A1; KR20200015596A

Abstract

本辅助设备(1)用于在行车道(6)上驾驶机动车辆(4)，该辅助设备包括：用于确定从与车辆相关的变量和与该行车道相关的变量中选择的至少一个输入变量的模块(14)、用于根据该输入变量来产生(20)校正设置(α_ijk)的模块、以及能够根据该校正设置(α_ijk)来实施驾驶辅助动作的辅助模块(22)。所述输入变量包括该车辆(4)在该行车道(6)中的横向位置(y_4/6)和该车辆(4)的横向偏离速度(V_4/6)。

Description

用于在行车道上驾驶机动车辆的辅助设备

技术领域

本发明涉及用于行车道上的机动车辆的驾驶辅助设备的领域，并且更具体地涉及用于将车辆保持在其行车道中或使车辆在其行车道中居中的设备。

背景技术

如今，用于行车道上的机动车辆的驾驶辅助设备在现有技术中是已知的。例如，用于将机动车辆保持在行车道中的设备通常被称为“车道保持辅助(Lane Keeping Assist)”或相应的缩写为“LKA”。同样，用于使机动车辆在其行车道中居中的设备通常被称为“车道居中辅助(Lane Centering Assist)”或相应的缩写为“LCA”。

此类***通常被集成在车辆计算机中并且与摄像头和网络控制器进行数据通信。网络控制器是结合在车辆中的常规计算机，并且更常见地被称为“控制器局域网(Controller Area Network)”或相应的缩写为“CAN”。如此集成的驾驶辅助设备能够校正车辆相对于其行车道的横向位置。

尽管通常认为此类***是有利的，但是它们并不完全令人满意。实际上，在道路状态改变期间，作用于由车辆执行的航向保持功能的多个参数可能会导致校正动作的这种不对称性。此类参数的示例可以是车辆与地面的所有链接件、这些链接件的几何形状、橡胶接头、减震器、轮胎、轮胎压力、马路的竖向变形、路上拱度、天气状况(比如具体是接触湿气或侧风)以及路面。此列表当然并不详尽。现在，现有技术的***基于这些可以随时间变化的参数来计算控制规律，同时将这些参数视为是固定的。因此，所获得的控制规律未考虑***的内部参数和外部参数的变化。于是，由辅助设备生成的校正通常是无效的。

为了克服这些缺点，现有技术的辅助设备提出估计所有破坏性参数，以便稍后对它们进行补偿。这些估计可以通过观测器实施。然而，这些估计会大大增加设备的复杂性。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种用于辅助在行车道上进行驾驶的设备，该设备实现了适合于机动车辆的大多数操作状况的对该车辆的轨迹控制，同时限制了设备的复杂性。

为此，提出了一种用于行车道上的机动车辆的驾驶辅助设备，该驾驶辅助设备包括：用于确定从与该车辆有关的变量和与该行车道有关的变量中选择的至少一个输入变量的模块、用于根据所述输入变量生成校正设置的模块、以及适合于根据该校正设置来实施驾驶辅助动作的辅助模块。

根据该辅助设备的总体特性，所述输入变量包括该车辆在该行车道中的横向位置和该车辆的横向偏离速度。

由于使用了此类输入变量，因此由该设备实施的驾驶辅助很接近人类驾驶员的感知和反应。为了观测其车辆的偏离，驾驶员利用其朦胧但快速的周边视觉，而不是其清晰但缓慢的中央凹视觉。在周边视野中，驾驶员一方面感知其车辆在车辆的车道中的位置，并且另一方面感知车辆的横向偏离速度。因此，根据本发明的辅助设备可以在任何操作情况下以接近人类方式的方式来实施驾驶辅助，以便最佳地管理最复杂的情况。

优选地，所述输入变量另外包括从该车辆的纵向速度、该行车道的宽度和该车辆的宽度中选择的至少一个变量。

如稍后将解释的，此类输入变量可以提供用以完善对其他输入变量的估计和/或甚至更精确地调整校正动作。

根据一个实施例，该生成模块包括映射，该映射包含作为该车辆的在该行车道中的横向位置、和该车辆的横向偏离速度的函数的校正设置的值。

由于使用了这种映射，考虑这些输入变量，以简单的方式调整校正动作，并因此由根据本发明的设备实施驾驶辅助。

根据另一实施例，该确定模块包括用于计算在越过行车道边界之前的时间的第一计算装置，并且该生成模块包括适合于根据在计算出的越过时间之前的时间来计算校正设置的第二计算装置。

对这种量的计算是用于调整校正动作的映射的替代性方案。该替代性方案需要更多的计算资源，但是与辅助设备相关联的存储器将能够更小。此外，如稍后将解释的，对此中间量的计算提供用以防止校正设置的不连续性。

有利地，在上述实施例中的任何一个中，该生成模块还考虑车辆的纵向速度。

在有利的实施例中，该辅助模块包括校正器以及用于调节该校正器的至少一个参数的装置，由该生成模块生成的设置信号是该校正器的一组参数。

这种布置为校正器提供了自适应控制，以使得能够借助于单个校正器来调整校正动作。因此，进一步限制了辅助设备的复杂性。

根据另一实施例，该辅助模块包括至少两个校正器以及开关，该开关适合于根据所生成的校正设置来启用所述校正器之一。

通过这种配置，开关允许选择不同的校正器。该替代性方案使根据本发明的辅助设备的结构稍微复杂化，但是提供了对结合在其中的映射的数量的限制，并且提供了对计算时间的限制。

有利地，该确定模块包括：摄像头，该摄像头适合于检测从行车道边界位置和该车辆所遵循的航向中选择的至少一个被测变量；以及计算机，该计算机能够根据所述被测变量来确定从该行车道的宽度和该行车道的中心中选择的至少一个变量。

优选地，该生成模块包括阻尼装置，该阻尼装置旨在避免该校正设置突然变化，所述阻尼装置能够对该校正设置进行滤波和/或产生该校正设置的两个连续值之间的斜率。

利用这种阻尼装置，避免了驾驶员可察觉的方向盘振动的出现。

有利地，该生成模块包括磁滞触发器。

这种触发器可以替代或完善阻尼装置。如稍后将解释的，磁滞触发器还提供用以避免驾驶员可察觉的方向盘振动的出现。

根据另一方面，提出了一种用于行车道上的机动车辆的驾驶辅助方法，其中，测量该行车道的边界的位置和该车辆所遵循的航向；确定从与该车辆有关的变量和与该行车道有关的变量中选择的至少一个输入变量，所述输入变量包括该车辆在该行车道中的横向位置和该车辆的横向偏离速度；根据所述输入变量来生成校正设置；以及根据该校正设置来实施驾驶辅助动作。

附图说明

通过阅读单纯以非限制性示例的方式并参照附图给出的以下说明，本发明的其他目的、特征和优点将显现，在附图中：

-图1是根据本发明的第一实施例的辅助设备的示意性表示，

-图2展示了结合在图1的设备中的映射，

-图3是展示了图1的设备的操作的图，

-图4示意性地表示根据本发明的第二实施例的辅助设备，

-图5展示了结合在图4的设备中的映射，

-图6是根据本发明的第三实施例的辅助设备的示意性表示，并且

-图7展示了结合在图6的设备中的映射。

具体实施方式

参照图1和图3，根据本发明的第一实施例的用于辅助在行车道上进行驾驶的设备1旨在被结合于在行车道6上移动的机动车辆4中。辅助设备1在图1中以框图2示意性地图示，该框图展示了对行车道6中的车辆4的位置控制。

行车道6在横向上由两个边界8和10来界定。在所展示的示例中，边界8和10是在马路上制作的白色虚线。然而，对行车道边界的其他示例(例如，实线、路边、或甚至是比如波特(Bott)点等反射标记)的考虑显然不脱离本发明的范围。车辆4包括转向***12。可替代地，车辆包括若干个转向***，如在配备有四轮转向的车辆的情况中。

参照图1，在框图2中表示了转向***12。***12能够将行车道6上的车辆4的经校正航向Corr_head转换成最终航向Fin_head。

辅助设备1包括确定模块14。在图1的实施例中，确定模块14包括摄像头16以及与摄像头16数据连接的计算机18。摄像头16和计算机18与车辆4的网络控制器(未表示)进行数据通信。

摄像头16能够检测与车辆4有关的变量和行车道6有关的变量。在这种特定情况下，摄像头16检测边界8和10相对于车辆4的位置。摄像头16检测车辆4所遵循的、相对于边界8和10的方向的航向。

计算机18能够根据由摄像头16检测到的边界8和10的位置来计算行车道6的宽度L₆。计算机18能够根据由摄像头16检测到的边界8和10的位置、以及根据宽度L₆来检测行车道6的中心(未图示)的位置。

计算机18能够计算车辆4在行车道6中的横向位置y_4/6。为此，计算机18考虑由摄像头16检测到的边界8和10的位置、行车道6的宽度L₆和中心。如果车辆4位于车道6的边界8与中心之间，则由计算机18传送的位置y_4/6将是负的；并且如果车辆4位于车道6的边界10与中心之间，则该位置将是正的。

此外，计算机18能够计算车辆4的横向偏离速度V_4/6。为此，计算机18考虑由摄像头16测得的航向以及车辆的纵向速度V_纵。计算机18还可以传送车辆的横向位置y_4/6以获得横向速度V_4/6。就关于位置y_4/6来说，如果车辆朝向边界8转向，则由计算机18传送的横向速度V_4/6是负的；并且如果车辆4朝向边界10转向，则该横向速度是正的。

速度V_纵由特定于车辆4的装置来确定，并且由计算机18通过车辆的网络控制器来接收。此外，计算机18通过网络控制器来接收车辆的宽度L_车。

辅助设备1另外包括生成模块20。生成模块20与确定模块14进行数据通信。生成模块20的功能是考虑由确定模块14所确定的输入变量来生成校正设置。校正设置将使得校正动作能够适应在行车道6上的机动车辆4的操作状况。稍后将更详细地解释生成模块20的结构。

辅助设备1另外包括辅助模块22。辅助模块22与生成模块20数据连接。辅助模块22的功能是考虑校正设置来实施驾驶辅助动作。

在图1的实施例中，辅助模块22的功能是校正相对于如由框图2表示的航向设置Head_set的差异。因此，辅助设备1自动干预车辆4的转向***12。然而，对提供另一种驾驶辅助动作(例如，通过在仪表板上显示警报来警告驾驶员)的辅助模块的考虑并不脱离本发明的范围。同样，可以提供既包括用于警告驾驶员的装置、又包括用于校正车辆4的所遵循的方向的装置的辅助模块。

辅助模块22包括校正器24。在图1所展示的示例实施例中，校正器24是比例-积分-微分(PID)校正器。有意地选择了这种校正器，以简化对本发明的描述。然而，当然可以考虑另一种类型的校正器、特别是更先进的校正器而不脱离本发明的范围。

在这个实施例中，可以修改PID校正器24的三个参数k_i、k_p和k_d。辅助模块22包括与校正器24进行数据通信的调节装置26。更具体地，校正模块26能够修改参数k_i、k_p和k_d的设置。为了修改这些参数，调节装置26考虑由生成模块20传送的校正信号。

参照图1和图2，生成模块20包括映射28。图2中详细地表示了映射28。

在这个实施例中，映射28包含作为位置y_4/6、速度V_4/6和纵向速度V_纵的函数的校正设置的值。校正设置值以α_ijk的形式表示，其中，参照图2：

-i表示y_4/6必须被放置的列从左到右的位置，

-j指示V_4/6必须被放置的行从下到上的位置，并且

-k指示车辆4的纵向速度V_纵必须被放置的平面。

更具体地，在所展示的示例中，按以下方式分配映射28的列中的值i：

类似地，按以下方式分配映射28的行中的值j：

其中，V₁、V₂表示预定义的阈值。

按以下方式分配映射28的平面中的值k：

在图1和图2的实施例中，校正设置α_ijk对应于三元组(k_i，k_p，k_d)。建立包含在映射28中的值α_ijk，以在以下条件下使校正动作快速、高幅度且稳定：

-索引i不同于3、4且接近1或6，和/或

-索引j不同于3、4且接近1或6，和/或

-索引k等于3或4。

相反，在以下条件下，校正将不存在或很小：

-索引i等于3或4，和/或

-索引j等于3或4，和/或

-索引k等于1或2。

通过由速度V_4/6、位置y_4/6和速度V_纵来表征偏离，映射28正如人类驾驶员在注意到情况时那样调整校正动作。接下来，进行对航向校正的全局调整，该航向校正提供用以考虑所有类型的偏离。特别地，该校正考虑了与地面的链接件和道路的变化性、各种驾驶状况以及侧风。因此，如此设计出的生成装置提供用以避免为每个变量创建观测器，并且因此避免了增加设备1的复杂性。

如图2中所展示的，与在4到6之间的i和在1到3之间的j的值相对应的框、以及与在1到3之间的i和在4到6之间的j的值相对应的框被故意地清空。具体地，在那些条件下，车辆正处于朝向行车道6的中心重新定位的过程。因此，不校正或稍微校正航向设置Head_set。

在所展示的示例中，在三个负范围和三个正范围中列出了位置y_4/6和速度V_4/6。但是，对不同数量的范围的考虑不脱离本发明的范围。同样，对用于列出速度V_纵的不同数量的范围的考虑也不脱离本发明的范围。更具体地，可以根据被分配给映射28的可用存储器来选择范围的数量。通过不同的阈值来划定范围的界限也不脱离本发明的范围。

再次参照图1，生成装置20包括阻尼装置30。阻尼装置30与映射28数据连接。当校正设置从值α_ijk变化为值α_i’j’k’时(其中，(i，j，k)≠(i’，j’，k’))，阻尼装置30确保由映射28传送的校正设置遵循在值α_ijk与α_i’j’k’之间的斜率。借助于这种阻尼装置30，避免了驾驶员可察觉的振动的出现。可替代地，阻尼装置30可以配备有用于在值α_ijk与α_i’j’k’之间的转变期间对校正设置进行滤波的硬件和软件。根据另一种替代方案，映射28可以被设计成能够驱动从一个设定值到另一个设定值的转变。

此外，生成模块20包括磁滞触发器32。触发器32向值i、j和k的状态变化施加磁滞。因此，当位置y_4/6、速度V_4/6和/或纵向速度V_纵接近映射28的阈值时，避免了校正设置的多个且持续的变化。因此，避免了在车辆4的这些操作状况下驾驶员可能察觉到的振动的出现。

在这个实施例中，除了阻尼装置30之外，还提供了磁滞触发器32，以使驾驶员完全察觉不到车辆转向的振动。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，生成装置20可以仅包括部件30和32中的一个或另一个。

参照图4，示意性地表示了根据第二实施例的用于辅助在行车道33上进行驾驶的设备。在类似于图1中的框图2的框图34中，示意性地表示了辅助设备33。完全相同的项带有相同的附图标记。

参照图4，确定模块14包括替代第一实施例的计算机18的计算机36。像计算机18一样，计算机36能够计算横向位置y_4/6、横向偏离速度V_4/6、行车道6的宽度L₆和中心。此外，计算机36能够计算在越过行车道边界之前的时间T_AVF。时间T_AVF对应于车辆4在没有进行航向校正的情况下沿着其路线继续前进直到越过边界8和10之一的估计持续时间。为了执行此计算，计算机36考虑位置y_4/6、速度V_4/6和宽度L_车。

在这个实施例中，生成装置20包括映射38。映射38将校正设置传输到辅助模块22的地址，校正动作将取决于该设置。

参照图5，映射38包含校正设置β的值，如在第一实施例中那样，这些校正设置对应于三元组(k_i，k_p，k_d)。映射38传送作为时间T_AVF的函数的校正设置值β。

因此，如在第一实施例中那样，映射38传送作为输入变量(在此特定情况下为T_AVF)的函数的校正设置。然而，映射38可以比映射28更简单。计算时间T_AVF和根据T_AVF生成校正设置的另一个优点是，更容易防止校正设置的不连续性。由于这个优点，设备32的生成模块20不包括第一实施例的阻尼装置30和磁滞触发器32。如在第一实施例中那样，映射38也可以考虑车辆的纵向速度V_纵。

参照图6，示意性地表示了根据本发明的第三实施例的用于辅助在行车道40上进行驾驶的设备。在类似于图4中的框图34的框图41中，示意性地表示了辅助设备40。完全相同的项带有相同的附图标记。

在这个实施例中，辅助模块22包括第一校正器42、第二校正器44、第三校正器46和第四校正器47。校正器42、44、46和47可以是比例-积分-微分(PID)校正器或任何其他类型的校正器，例如更先进的校正器。校正器42、44、46、47的附图标记越大，该校正器就能引起越快速、广泛和稳定的校正动作。因此，校正器42引起舒适的校正动作，该动作也是最慢、最小且最不稳定的。校正器47引起更快、更广泛且更稳定的校正动作。

辅助模块22另外包括开关48。开关48的目的是在启用校正器42、44、46和47之一的同时停用其他校正器。因此，当开关48选择校正器42时，仅校正器42实施Head_set校正动作。为了选择必须启用校正器42、44、46和47中的哪一个，开关48与生成模块20的映射50数据连接。

参照图7，映射50包含作为时间T_AVF的函数的、校正器42、44、46、47的启用设置γ的值C42、C44、C46、C47。由映射50传送的值γ对应于曲线kp的具有横坐标T_AVF的点的纵坐标的区域。因此，如果T_AVF＝T1(见图7)，则曲线kp的具有横坐标T_AVF的点的纵坐标位于校正器46的区域中，因此γ＝C46。如果T_AVF＝T2，则曲线kp的具有横坐标T_AVF的点的纵坐标位于校正器42的区域中，因此γ＝C42。当映射在开关48处寻址设置C42时，该开关启用校正器42。显然，这分别对于设置C44、C46和C47以及校正器44、46和47同样适用。如在前两个实施例中那样，映射38也可以考虑车辆的纵向速度V_纵。

因此，当时间T_AVF为低值时，考虑到离开道路的危险，将选择校正器47。相反，如果时间T_AVF为高值，则选择启用校正器47以有利于车辆4的乘员的舒适度。

因此，在第三实施例中，辅助设备40计算时间T_AVF，然后根据时间T_AVF来调整校正动作。因此，确定模块14与第二实施例中的模块14完全相同。然而，修改确定模块14和生成模块20使得直接根据位置y_4/6、速度V_4/6和速度V_纵来生成校正设置并不脱离本发明的范围。在这种情况下，除了包含在映射中的设置值不是三元组(k_i，k_p，k_d)而是校正器C42、C44、C46和C47的启用设置之外，生成模块的映射类似于第一实施例的映射28。

在已经描述的任何一个实施例中，可以另外提供用于抑制校正动作的装置(未图示)。可以在对校正动作的启用条件失去信心、即刻危险、缺乏稳定性、或者缺乏辅助设备的一致性的情况下启用该抑制装置。

鉴于以上内容，本发明的三个实施例使得能够在不显著增加***复杂性的情况下调整校正动作。特别地，本发明的实施成本特别低，因为其主要限于完善映射。

在这三个实施例中的每一个中，映射被构造成使得能够识别机动车辆相对于行车道的偏离的临界水平，从而根据该临界水平来修改校正动作。如此，根据与人类驾驶员的行为可比的行为来调整校正动作，从而改善校正。

Claims

1.一种用于行车道(6)上的机动车辆(4)的驾驶辅助设备(1，33，40)，该驾驶辅助设备包括：用于确定从与该车辆有关的变量和与该行车道有关的变量中选择的至少一个输入变量的模块(14)、用于根据所述输入变量生成校正设置(α_ijk，β，γ)的模块(20)、以及适合于根据该校正设置(α_ijk，β，γ)来实施驾驶辅助动作的辅助模块(22)，

其特征在于，所述输入变量包括该车辆(4)在该行车道(6)中的横向位置(y_4/6)和该车辆(4)的横向偏离速度(V_4/6)。

2.如权利要求1所述的设备(1，33，40)，其中，所述输入变量另外包括从该车辆的纵向速度(V_纵)、该行车道(6)的宽度(L₆)和该车辆(4)的宽度(L_车)中选择的至少一个变量。

3.如权利要求1或权利要求2所述的设备(1)，其中，该生成模块(20)包括映射(28)，该映射包含作为该车辆(4)在该行车道(6)中的横向位置(y_4/6)、和该车辆(4)的横向偏离速度(V_4/6)的函数的校正设置(α_ijk)的值。

4.如权利要求1或权利要求2所述的设备(33，40)，其中，该确定模块(14)包括用于计算在越过行车道边界之前的时间(T_AVF)的第一计算装置(36)，该生成模块(20)包括适合于根据计算出的在该越过之前的时间(T_AVF)来计算校正设置(β，γ)的第二计算装置(38，50)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的设备(1，33)，其中，该辅助模块(22)包括校正器(24)以及用于调节该校正器(22)的至少一个参数(k_i，k_p，k_d)的装置(24)，由该生成模块(20)生成的设置信号(α_ijk，β)是该校正器(24)的一组参数。

6.如权利要求1至4中任一项所述的设备(40)，其中，该辅助模块(22)包括至少两个校正器(42，44，46，47)以及开关(48)，该开关(48)适合于根据所生成的校正设置(γ)来启用所述校正器(42，44，46，47)之一。

7.如权利要求1至6中任一项所述的设备(1，33，40)，其中，该确定模块(14)包括：摄像头(16)，该摄像头适合于检测从该行车道(6)的边界(8，10)的位置和该车辆所遵循的航向中选择的至少一个被测变量；以及计算机(18)，该计算机能够根据所述被测变量来确定从该行车道(6)的宽度(L₆)和该行车道(6)的中心中选择的至少一个变量。

8.如权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，其中，该生成模块(20)包括阻尼装置(30)，该阻尼装置旨在避免该校正设置(α_ijk)突然变化，所述阻尼装置(30)能够对该校正设置(α_ijk)进行滤波和/或产生该校正设置(α_ijk)的两个连续值之间的斜率。

9.如权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，其中，该生成模块(20)包括磁滞触发器(32)。

10.一种用于行车道(6)上的机动车辆(4)的驾驶辅助方法，其中，测量该行车道(6)的边界(8，10)位置和该车辆(4)所遵循的航向；确定从与该车辆(4)有关的变量和与该行车道(6)有关的变量中选择的至少一个输入变量，所述输入变量包括该车辆(4)在该行车道(6)中的横向位置(y_4/6)和该车辆(4)的横向偏离速度(V_4/6)；根据所述输入变量来确定校正设置(α_ijk，β，γ)；以及根据该校正设置(α_ijk，β，γ)来实施驾驶辅助动作。