CN112677991A - 一种氢能汽车车道偏离预防装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氢能汽车车道偏离预防装置，设计有三个模块，横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块分工协作共同完成氢能汽车车道偏离预防LDP功能，将复杂功能简单化；横向偏离速度模块用于计算横向偏离速度；方向盘期望转角计算模块根据横向偏离速度和汽车工况智能开启或关闭预防LDP***。本发明提供的有益效果是：提供了一套人性化的车道偏离预防***，能自动识别车辆工况，在特殊工况下主动关闭车道偏离预防LDP***功能，同时车道偏离预防LDP***功能能够进行人为关闭和开启，自主性强。

Description

一种氢能汽车车道偏离预防装置

技术领域

本发明涉及汽车智能***领域，尤其涉及一种氢能汽车车道偏离预防装置。

背景技术

车道偏离预防是目前常见的车辆驾驶辅助功能，其目标是保持车辆在公路车道内进行安全驾驶。在车辆即将偏离车道线时，车道偏离预防***作出相应操作，防止车道偏离。

在目前，大部分车道偏离预防没有考虑到实际情况，并不够人性化。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的不足，本发明提出一种氢能汽车车道偏离预防装置，设计有三个模块，横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块分工协作共同完成氢能汽车车道偏离预防(LDP)功能，将复杂功能简单化，提高氢能汽车车道偏离预防(LDP)***的可实现性。

本发明实际要解决的技术问题是：如何人性化的将各控制单元协调，考虑综合行驶状况，自动识别车辆工况，智能完成车道偏离预防。

本发明提出的一种氢能汽车车道偏离预防装置，具体包括以下：

整车控制器、氢燃料电池***，高压配电箱，动力电池***，后电机控制器和电机，减速器和差速器、电子助力转向，整车控制器，制动踏板；氢燃料电池***和动力电池***与所述高压配电箱电气连接，为氢能汽车提供行驶所需的电能；高压配电箱与所述后电机控制器和电机电气连接；所述后电机控制器和电机利用电能驱动所述减速器和差速器，使氢能汽车正常行驶；

所述预防装置还包括：车道偏离预防LDP***功能开关、第一摄像头、第二摄像头、声音报警***和ADAS控制器；

所述氢燃料电池***、高压配电箱、动力电池***、后电机控制器、声音报警***、ADAS控制器、电子助力转向和整车控制器之间通过CAN总线进行信息交互；

所述电子助力转向采集氢能汽车方向盘转角信号；所述整车控制器采集整车状态信号；所述方向盘转角信号和所述整车状态信号通过CAN总线发送至所述ADAS控制器；

所述ADAS控制器包括横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块；

所述横向偏离速度模块用于根据第一摄像头和第二摄像头分别传递过来的距离左车道线的偏距信号和距离右车道线的偏距信号计算氢能汽车横向偏离速度；

所述偏离触发逻辑处理模块，根据所述横向偏离速度，判断汽车偏离出车道线的时间；当汽车偏离出车道线的时间小于预设的时间阈值时，则所述方向盘期望转角计算模块自动启动，由所述预防装置自动进行车道偏离预防，具体为：

所述ADAS控制器利用所述方向盘期望转角计算模块，根据车道偏离预防LDP***功能开关状态、方向盘转角信号、整车状态信号、横向偏离速度，计算方向盘的期望转角，并控制方向盘以所述期望转角旋转，作出车道偏离预防；

当汽车偏离出车道线的时间大于或者等于预设的时间阈值时，所述声音报警***播放语音信息，对车道偏离进行预警。

进一步地，所述整车状态信号包括：汽车档位信号、车速信息、左右转向灯信号、双闪状态信号和制动踏板状态。

进一步地，所述车道偏离预防LDP***功能开关为物理开关，包括两个状态，分别为闭合状态和断开状态；

当车道偏离预防LDP***功能开关为断开状态时，表示ADAS控制器使能，所述ADAS控制器开启车道偏离预防功能；

当车道偏离预防LDP***功能开关为闭合状态时，表示ADAS控制器关闭车道偏离预防功能。

进一步地，所述预防装置包括两个状态，分别为off状态和on状态；

当车道偏离预防LDP***功能开关为闭合状态，或方向盘转角信号高于预设的第一阈值Ω1，或左右转向灯信号有效或双闪状态信号为开启或制动信号有效时，所述预防装置处于off状态，即，不进行预防；

当车道偏离预防LDP***功能开关为断开状态且方向盘转角信号低于预设的第二阈值Ω1且左右转向灯信号无效且双闪状态信号为关闭且制动信号无效时，所述预防装置处于on状态，即通过ADAS控制器智能判断进行预防。

进一步地，所述横向偏离速度模块计算横向偏离速度的具体过程为：所述第一摄像头测量得到汽车与左车道线的偏距为L1，所述第二摄像头测量得到汽车与右车道线的偏距为L2，车身宽度为width，则车道中线为(L1+L2+width)/2；横向偏移速度Vlateral＝dS/dt；dS表示dt时间内汽车横向偏移的距离，dt为预设值。

进一步地，dS的计算方式为汽车中心线与车道中心线之间的偏差，即|(L2-L1)/2|，其中|·|表示绝对值。

进一步地，所述预防装置的on状态又包括两个子状态，分别为待机Passive状态和激活Active状态；

当所述ADAS控制器判断当前档位为D档，且汽车距离左右车道线偏距小于预设阈值d，且车速处于预设的范围内，且Tset*Vlateral>doffset-dhalfwidth时，所述预防装置处于激活Active状态，否则所述预防装置处于待机Passive状态；

其中Tset为预设的偏离时间、Vlateral为横向偏离速度、doffset为汽车左右任意一侧的横向偏移距离、dhalfwidth为汽车车身宽度的一半。

当所述预防装置处于激活Active状态时，所述ADAS控制器通过所述声音报警***播放预防信息，提醒驾驶员纠正车辆方向，驶回当前车道。

本发明提供的有益效果是：提供了一套人性化的车道偏离预防***，能自动识别车辆工况，在特殊工况下主动关闭车道偏离预防(LDP)***功能，同时车道偏离预防(LDP)***功能能够进行人为关闭和开启，自主性强。

附图说明

图1是本发明一种氢能汽车车道偏离预防装置结构图；

图2为预防装置的各个状态判断图

图3为本发明方向盘期望转角计算的原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，一种氢能汽车车道偏离预防装置，包括以下：

氢燃料电池***24，高压配电箱25，动力电池***26，后电机控制器和电机27，减速器和差速器28，第一摄像头130，第二摄像头140，150声音报警***，车道偏离预防LDP***功能开关160，ADAS(高级驾驶员辅助***)控制器170，电子助力转向210，整车控制器220，制动踏板230，灯光***240；

其中，各控制器单元包括：氢燃料电池***24，高压配电箱25，动力电池***26，后电机控制器27，声音报警***150，ADAS控制器170，电子助力转向210，整车控制器220；它们之间通过CAN通讯信号线进行电性连接，并进行相应的信息交互和控制。

氢燃料电池***24和动力电池***26为行驶***提供行驶所需的电能，高压配电箱25则将这些电能分配给电机控制器和电机27，电机控制器和电机27利用这些电能驱动电机，并将电机产生的动能通过机械连接传递给减速器和差速器28，最终动力传递给后驱动轴实现氢能汽车行驶功能。

电子助力转向210采集方向盘转角信号，并将转角信息发送到通讯信号线上，整车控制器220采集整车状态信息，包括车辆档位信息，车速信息，左右转向灯信号，双闪状态信号和制动踏板状态，并将档位信息，车速信息，左右转向灯信号(从灯光***240获取)，双闪状态信号(从灯光***240获取)和制动踏板状态发送到通讯信号线上。

所述ADAS控制器170包括横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块；

所述横向偏离速度模块用于根据第一摄像头130和第二摄像头140分别传递过来的距离左车道线的偏距信号和距离右车道线的偏距信号计算氢能汽车横向偏离速度；

在本实施例中，横向偏离速度模块的功能是根据得到的车道线左右偏距实时计算得出的，而且需要保证变化平滑连续，防止信号突变或丢失带来的功能信号跳变，具体为：

根据得到的车道线左右偏距，计算车辆到车道中心线的距离，并将车道线数据丢失情况做一定保持处理；

根据车辆中心线偏距的历史值与当前值比较，即可计算得出当前的偏离速度；

所述第一摄像头130测量得到汽车与左车道线的偏距为L1，所述第二摄像头140测量得到汽车与右车道线的偏距为L2，车身宽度为width，则车道中线为(L1+L2+width)/2；横向偏移速度Vlateral＝dS/dt；dS表示dt时间内汽车横向偏移的距离，dt为预设值，根据实际情况，本实施例中，dt根据车速线性取值0.2-0.7S。

在其他实施例中，当计算得到的横向偏离速度有跳变时，还可根据实际情况对这种跳变进行限制，这里非重点内容，不作详细解释。

所述ADAS控制器170利用所述方向盘期望转角计算模块，根据车道偏离预防LDP***功能开关160状态、方向盘转角信号、整车状态信号、横向偏离速度，作出车道偏离预防，并将预防信息以语音形式通过所述声音报警***150播放，以提醒驾驶员安全行驶。

所述车道偏离预防LDP***功能开关160为物理开关，包括两个状态，分别为闭合状态和断开状态；

在本实施例中，该开关为驾驶员手动选择开关，用以判断驾驶员的实际操作意图，当该开关为闭合时，表示驾驶员不使用LDP***，此时ADAS控制器170关闭车道偏离预防功能；当该开关为断开时，表示驾驶员使用LDP***，此时ADAS控制器170使能，所述ADAS控制器170能够将预防信息以语音形式通过所述声音报警***150播放，以提醒驾驶员安全行驶；

在驾驶员手动选择车道偏离预防LDP***功能开关160为断开状态后，ADAS控制器170使能，此时，预防装置(或称为LDP***)可以智能进行工作；车道偏离预防(LDP)装置的原理是利用：通过摄像头监测前方道路车道线，当判断发生驾驶员无意识状态下、车辆偏离车道线情况，***将通过声音提示的方式向驾驶员发出预防。

适用情景：光照条件良好，车道线清晰可见，且曲率半径大于200m的车道；车速范围20km/h～70km/h；

车道偏离预防(LDP)***可识别车道线，在光线良好及车道线清晰可见情况下，能够根据当前车道线给出相对自车位置的车道，并判断是否有偏离出本车道的趋势；当车辆在车道内行驶，如果有偏离出本车道的趋势以及已经偏出本车道一部分时，LDP***会发出预防信号，提醒驾驶员纠正车辆方向，驶回本车道。

请参考图2，图2为预防装置的各个状态判断图。

本实施例中，所述预防装置的工作状态包括两个，分别为off状态和on状态；Off-On状态判断条件：

Off状态条件，即条件2：

车道偏离预防(LDP)***功能开关160状态为闭合，或者方向盘转角信号高于阈值Ω1，或者左右转向灯信号有效时或者双闪状态信号为开启时或者制动信号有效时；

On状态条件，即条件1：

车道偏离预防(LDP)***功能开关150状态为断开且方向盘转角信号低于阈值Ω2且左右转向灯信号无效时且双闪状态信号为关闭时且制动信号无效时；

其中，Ω1＞Ω2。

off和on两种状态相互互补，确保车道偏离预防(LDP)***状态的唯一性。

所述预防装置的on状态又包括两个子状态，分别为待机Passive状态和激活Active状态；

Active状态,即条件3：

1.当前档位为D档；

2.车辆距离左右车道线偏距d偏<2m内；

3.车速在20Km/h到70Km/h之间；

4.车辆在一个设定时间里会到达车道线的边缘(压线)：算法如下：Tset*Vlateral>doffset-dhalfwidth；

以上条件同时满足时，进入Active状态。

Passive状态,即条件4：

1.当前档位为非D档状态；

2.车辆距离左右车道线偏距d偏＞2.5m；

3.车速＜18Km/h或者车速＞72Km/h；

4.Tset*Vlateral＜doffset-dhalfwidth；

以上条件任意一个满足时，进入Passive状态。

所述预防装置在on状态下，进入两个子状态的触发方式，由所述方向盘期望转角计算模块完成，具体如下：

Active状态,即条件3：

1.当前档位为D档；

2.车辆距离左右车道线偏距d偏<2m内；

3.车速在20Km/h到70Km/h之间；

4.车辆在一个设定时间里会到达车道线的边缘(压线)：算法如下：Tset*Vlateral>＝doffset-dhalfwidth；(由偏离触发逻辑处理模块完成)

以上条件同时满足时，进入Active状态。

Passive状态,即条件4：

1.当前档位为非D档状态；

2.车辆距离左右车道线偏距d偏＞2.5m；

3.车速＜18Km/h或者车速＞72Km/h；

4.Tset*Vlateral＜doffset-dhalfwidth；

以上条件任意一个满足时，进入Passive状态。

其中Tset为预设的偏离时间(时间标准的设定是根据***延时、大脑反应与做出纠正动作时间的总和来设定的，并根据实际响应去调整这个参数)、Vlateral为横向偏离速度、doffset为汽车左右任意一侧的横向偏移距离、dhalfwidth为汽车车身宽度的一半。

请参考图3，图3是方向盘期望转角计算的原理图；

假设以固定转角θ进行圆弧转弯运动会刚好到达那个目标点，那么这个前轮转角θ就是当前时刻应该发出的期望转角，并在下一个采用时间用同样的方法进行更新。确定圆弧半径R的方法为：

如果车身朝向正对着预瞄点，那么R为无穷大，期望前轮转角为0；

如果车身没有正对着预瞄点，则定义车辆第二轴的中点坐标为(x_0，y_0)，预瞄点坐标为(x_t，y_t)，这两对坐标值为已知，并且圆弧中心的坐标(x_c，y_c)一定是在第二轴两轮连线的延长线上，那么圆心坐标应满足：

(x_c-x_0)2+(y_c-y_0)2＝(x_c-x_t)2+(y_c-y_t)2

y_c＝k*x_c+b

上式中，k和b由第二轴两轮的坐标来决定。

当得到圆心坐标后，圆弧半径为：

R＝sqrt((x_c-x_0)2+(y_c-y_0)2)

则此时前轮中点期望转角为：

θ＝arctan(L/R)

基于以上，本发明中氢能汽车车道偏离预防装置的实际工作流程如下：

1、判断车道偏离预防LDP***功能开关160的状态，若为闭合，则表示不启用预防装置，若为断开则表示启用预防装置；

2、在启用预防装置的情况下，结合车辆实际工况继续判断预防装置的状态为off还是on，若为off，表示预防装置无效，若为on，则进入步骤3；

3、结合车辆实际工况，由横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块共同完成on状态的子状态：Passive状态和Active状态的判断，若为Active状态，则预防装置会进行预防功能。

以上仅为解释本发明用，并不用以进行限制。

本发明提供的有益效果是：提供了一套人性化的车道偏离预防***，能自动识别车辆工况，在特殊工况下主动关闭车道偏离预防LDP***功能，同时车道偏离预防LDP***功能能够进行人为关闭和开启，自主性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氢能汽车车道偏离预防装置，包括：整车控制器(220)、氢燃料电池***(24)，高压配电箱(25)，动力电池***(26)，后电机控制器和电机(27)，减速器和差速器(28)、电子助力转向(210)，整车控制器(220)，制动踏板(230)；氢燃料电池***(24)和动力电池***(26)与所述高压配电箱(25)电气连接，为氢能汽车提供行驶所需的电能；高压配电箱(25)与所述后电机控制器和电机(27)电气连接；所述后电机控制器和电机(27)利用电能驱动所述减速器和差速器(28)，使氢能汽车正常行驶，其特征在于：

所述预防装置还包括：车道偏离预防LDP***功能开关(160)、第一摄像头(130)、第二摄像头(140)、声音报警***(150)和ADAS控制器(170)；

所述氢燃料电池***(24)、高压配电箱(25)、动力电池***(26)、后电机控制器(27)、声音报警***(150)、ADAS控制器(170)、电子助力转向(210)和整车控制器(220)之间通过CAN总线进行信息交互；

所述电子助力转向(210)采集氢能汽车方向盘转角信号；所述整车控制器(220)采集整车状态信号；所述方向盘转角信号和所述整车状态信号通过CAN总线发送至所述ADAS控制器(170)；

所述ADAS控制器(170)包括横向偏离速度模块、偏离触发逻辑处理模块和方向盘期望转角计算模块；

所述横向偏离速度模块用于根据第一摄像头(130)和第二摄像头(140)分别传递过来的距离左车道线的偏距信号和距离右车道线的偏距信号计算氢能汽车横向偏离速度；

所述偏离触发逻辑处理模块，根据所述横向偏离速度，判断汽车偏离出车道线的时间；当汽车偏离出车道线的时间小于预设的时间阈值时，则所述方向盘期望转角计算模块自动启动，由所述预防装置自动进行车道偏离预防，具体为：

所述ADAS控制器(170)利用所述方向盘期望转角计算模块，根据车道偏离预防LDP***功能开关(160)状态、方向盘转角信号、整车状态信号、横向偏离速度，计算方向盘的期望转角，并控制方向盘以所述期望转角旋转，作出车道偏离预防；

当汽车偏离出车道线的时间大于或者等于预设的时间阈值时，所述声音报警***(150)播放语音信息，对车道偏离进行预警。

2.如权利要求1所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述整车状态信号包括：汽车档位信号、车速信息、左右转向灯信号、双闪状态信号和制动踏板(230)状态。

3.如权利要求1所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述车道偏离预防LDP***功能开关(160)为物理开关，包括两个状态，分别为闭合状态和断开状态；

当车道偏离预防LDP***功能开关(160)为断开状态时，表示ADAS控制器(170)使能，所述ADAS控制器(170)开启车道偏离预防功能；

当车道偏离预防LDP***功能开关(160)为闭合状态时，表示ADAS控制器(170)关闭车道偏离预防功能。

4.如权利要求3所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述预防装置包括两个状态，分别为off状态和on状态；

当车道偏离预防LDP***功能开关(160)为闭合状态，或方向盘转角信号高于预设的第一阈值Ω₁，或左右转向灯信号有效或双闪状态信号为开启或制动信号有效时，所述预防装置处于off状态，即，不进行预防；

当车道偏离预防LDP***功能开关(160)为断开状态且方向盘转角信号低于预设的第二阈值Ω₂且左右转向灯信号无效且双闪状态信号为关闭且制动信号无效时，所述预防装置处于on状态，即通过ADAS控制器(170)智能判断进行预防。

5.如权利要求4所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述横向偏离速度模块计算横向偏离速度的具体过程为：所述第一摄像头(130)测量得到汽车与左车道线的偏距为L1，所述第二摄像头(140)测量得到汽车与右车道线的偏距为L2，车身宽度为width，则车道中线为(L1+L2+width)/2；横向偏移速度Vlateral＝dS/dt；dS表示dt时间内汽车横向偏移的距离，dt为预设值。

6.如权利要求5所述氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：dS的计算方式为汽车中心线与车道中心线之间的偏差，即|(L2-L1)/2|，其中|·|表示绝对值。

7.如权利要求5所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述预防装置的on状态又包括两个子状态，分别为待机Passive状态和激活Active状态；

当所述ADAS控制器(170)判断当前档位为D档，且汽车距离左右车道线偏距小于预设阈值d，且车速处于预设的范围内，且Tset*Vlateral>doffset-dhalfwidth时，所述预防装置处于激活Active状态，否则所述预防装置处于待机Passive状态；

其中Tset为预设的偏离时间、Vlateral为横向偏离速度、doffset为汽车左右任意一侧的横向偏移距离、dhalfwidth为汽车车身宽度的一半。

8.如权利要求7所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：当所述预防装置处于激活Active状态时，则控制方向盘以所述期望转角旋转自动进行车道偏离预防。

9.如权利要求1所述的氢能汽车车道偏离预防装置，其特征在于：所述方向盘期望转角计算模块，计算方向盘期望转角θ的公式如下：

θ＝arctan(L/R)上式中，L为车身长度；R为期望偏离的半径。

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