一种车道保持辅助方法及系统与流程

本发明涉及车辆安全驾驶技术领域，具体涉及一种车道保持辅助方法及系统。

背景技术：

随着经济和交通事业的快速发展，汽车已经成为人们不可或缺的交通工具，但随着汽车使用率的不断提高，交通事故的发生率也在逐年上升。据统计，在所有的机动车事故中，由于车道偏离而造成的交通事故在所有的交通事故中占据着很高的比例。可见，因为车道偏离造成的交通事故已经严重影响到人们的生命财产安全。

目前，市面上已经相继有车道保持辅助系统问世，以避免车道偏离的发生，但目前的市面上的车道保持辅助系统大部分是借助车载的摄像头识别行驶车道的标识线，以将车辆保持在车道上的。在实践中发现，单靠车载摄像头反馈的数据，并不能有效地应付实际行车过程中所遇到的各种外界情况，例如，若在实际的行车过程中遇到复杂的路况或者恶劣的环境时，车载摄像头拍摄的图像可能模糊或者存在盲区，导致目前的车道保持辅助系统的效果辅助较差，从而不利于辅助用户将车辆保持在正确的车道上。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种车道保持辅助方法及系统，能够辅助用户将车辆保持在正确的车道上。

本发明实施例第一方面公开一种车道保持辅助方法，包括：

分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离；

根据所述车道线的参数信息和所述车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值；

根据车辆姿态参数信息和所述车道线识别距离，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值；

根据所述第一横向位移值和所述第二横向位移值，计算出横向位移值的偏差量；

根据所述横向位移值的偏差量以及所述车辆的运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出所述车辆的方向盘需求力矩；

根据所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩；

根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩；

根据所述目标执行力矩控制所述车辆，以使所述车辆按照预设的行驶轨迹行驶。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩，包括：

计算所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值；

判断所述绝对值是否小于或等于预设的力矩阈值；

若所述绝对值小于或等于预设的力矩阈值，以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，在判断出所述绝对值小于或等于预设的力矩阈值之后，以及以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩之前，所述方法还包括：

判断所述绝对值的增长速率是否小于或等于预设的速率阈值；

若所述绝对值的增长速率小于或等于预设的速率阈值，执行所述以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩的步骤。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据所述车道线的参数信息和所述车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，包括：

根据所述车道线的参数信息、所述车道线识别距离以及结合以下公式，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，即：

其中，dylane(xp)表示第一横向位移值，所述车道线的参数信息包括：左侧车道线距离坐标原点的距离yl、右侧车道线距离坐标原点的距离yr、左侧车道线航向角εl、右侧车道线航向角εr、左侧车道线曲率c0l、右侧车道线曲率c0r、左侧车道线曲率变化率c1l和右侧车道线曲率变化率c1r；所述xp表示所述车道线识别距离。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据已获得的车辆姿态参数信息和所述车道线识别距离，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值，包括：

根据已获得的车辆姿态参数信息、所述车道线识别距离以及结合以下公式，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值，即：

其中，dyvehicle(xp)表示第二横向位移值，所述车辆姿态参数信息包括：车辆横摆角ψ、车辆质心偏侧角β和车辆横摆角速度所述xp表示所述车道线识别距离；v为所述车辆的行驶速度。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据所述横向位移值的偏差量以及所述车辆的运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出所述车辆的方向盘需求力矩，包括：

根据所述车辆的运动学参数、所述车辆的外部环境参数和所述车辆的驾驶员介入参数计算出比例系数、积分系数和微分系数；

根据所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数、所述横向位移值的偏差量以及结合以下公式，计算出所述车辆的方向盘需求力矩，即：

其中，msteerpid表示所述车辆的方向盘需求力矩，所述δdy表示所述横向位移值的偏差量，所述kp表示所述比例系数，所述ki表示所述积分系数，所述kd表示所述微分系数。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩，包括：

根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩，运用预设的电子转向助力函数计算出电子转向助力力矩；

计算所述输出力矩、所述驾驶员的手力矩和所述电子转向助力力矩的和作为目标执行力矩。

本发明实施例第二方面公开一种车道保持辅助系统，所述车道保持辅助系统包括：前视摄像装置、主控电子控制单元、转向单元和车辆传感器；其中：

所述前视摄像装置，用于分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离；

所述主控电子控制单元，用于根据所述前视摄像装置获取的车道线的参数信息和所述车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值；

所述主控电子控制单元，还用于根据所述车道线识别距离和所述车辆传感器获得的车辆姿态参数信息，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值；

所述主控电子控制单元，还用于根据所述第一横向位移值和所述第二横向位移值，计算出横向位移值的偏差量；

所述主控电子控制单元，还用于根据所述横向位移值的偏差量以及所述车辆传感器获取的车辆运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出所述车辆的方向盘需求力矩；

所述主控电子控制单元，还用于根据所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩；

所述转向单元，用于根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩；

所述转向单元，还用于根据所述目标执行力矩控制所述车辆，以使所述车辆按照预设的行驶轨迹行驶。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述主控电子控制单元用于根据所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩的方式具体为：

所述主控电子控制单元，用于计算所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值；以及，判断所述绝对值是否小于或等于预设的力矩阈值；以及，若所述绝对值小于或等于预设的力矩阈值，以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述主控电子控制单元用于在判断出所述绝对值小于或等于预设的力矩阈值时，以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩的方式具体为：

所述主控电子控制单元，用于在判断出所述绝对值小于或等于预设的力矩阈值时，判断所述绝对值的增长速率是否小于或等于预设的速率阈值；以及，若所述绝对值的增长速率小于或等于预设的速率阈值，以所述车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述主控电子控制单元用于根据所述前视摄像装置获取的车道线的参数信息和所述车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值的方式具体为：

所述主控电子控制单元，用于根据所述前视摄像装置获取的车道线的参数信息、所述车道线识别距离以及结合以下公式，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，即：

其中，dylane(xp)表示第一横向位移值，所述车道线的参数信息包括：左侧车道线距离坐标原点的距离yl、右侧车道线距离坐标原点的距离yr、左侧车道线航向角εl、右侧车道线航向角εr、左侧车道线曲率c0l、右侧车道线曲率c0r、左侧车道线曲率变化率c1l和右侧车道线曲率变化率c1r；所述xp表示所述车道线识别距离。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述主控电子控制单元用于根据所述车道线识别距离和所述车辆传感器获得的车辆姿态参数信息，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值的方式具体为：

所述主控电子控制单元，用于根据所述车道线识别距离、所述车辆传感器获得的车辆姿态参数信息以及结合以下公式，计算出车辆在所述预设的时间段内的第二横向位移值，即：

其中，dyvehicle(xp)表示第二横向位移值，所述车辆姿态参数信息包括：车辆横摆角ψ、车辆质心偏侧角β和车辆横摆角速度所述xp表示所述车道线识别距离；v为所述车辆的行驶速度。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述主控电子控制单元用于根据所述横向位移值的偏差量以及所述车辆传感器获取的车辆运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出所述车辆的方向盘需求力矩的方式具体为：

所述主控电子控制单元，用于根据所述车辆传感器获取的车辆运动学参数、所述车辆传感器获取的车辆外部环境参数和所述车辆传感器获取的车辆驾驶员介入参数计算出比例系数、积分系数和微分系数；以及，根据所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述横向位移值的偏差量结合以下公式，计算出所述车辆的方向盘需求力矩，即：

其中，msteerpid表示所述车辆的方向盘需求力矩，所述δdy表示所述横向位移值的偏差量，所述kp表示所述比例系数，所述ki表示所述积分系数，所述kd表示所述微分系数。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述转向单元用于根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩的方式具体为：

所述转向单元，用于根据所述输出力矩和所述驾驶员的手力矩，运用预设的电子转向助力函数计算出电子转向助力力矩；以及，计算所述输出力矩、所述驾驶员的手力矩和所述电子转向助力力矩的和作为目标执行力矩。

本发明实施例第三方面公开一种车辆，所述车辆包括本发明实施例第二方面公开的一种车道保持辅助系统。

本发明实施例第四方面公开一种车道保持辅助系统，包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的一种车道保持辅助方法。

本发明实施例第五方面公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行本发明实施例第一方面公开的一种车道保持辅助方法。

本发明实施例第六方面公开一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行本发明实施例第一方面的任意一种方法的部分或全部步骤。

本发明实施例第七方面公开一种应用发布平台，所述应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行本发明实施例第一方面的任意一种方法的部分或全部步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中，车道保持辅助保持系统可以包括前视摄像装置、主控电子控制单元、转向单元和车辆传感器，其中，前视摄像装置用于采集和分析路面的图像信息；车辆传感器用于采集各种外界环境参数、车辆姿态参数和车辆驾驶员介入参数等；进一步主控电子控制单元可以结合前视摄像装置采集的路面图像信息计算横向位移的偏差量，结合车辆传感器采集的各种参数计算出输出力矩等；然后，转向单元可以结合输出力矩以及驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩，并根据目标执行力矩对车辆进行控制。实施本发明实施例，车道保持辅助系统可以基于横向位移的偏差量，结合车辆传感器采集的各种环境参数、车辆姿态参数和驾驶员的介入参数，在不同的运动参数下设置不同的控制参数来解决多变环境下的系统控制问题，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性更高。而且，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种车道保持辅助方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的另一种车道保持辅助方法的流程示意图；

图3是本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的另一种车道保持辅助系统的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的一种车道线示意图；

图6是本发明实施例公开的一种转向单元的工作流程示意图；

图7是本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统的工作流程示意图；

图8是本发明实施例公开的一种车辆的构成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了一种车道保持辅助方法及系统，能够辅助用户将车辆保持在正确的车道上。

下面将结合具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种车道保持辅助方法的流程示意图。如图1所示，该车道保持辅助方法可以包括以下步骤：

101、车道保持辅助系统分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离。

本发明实施例中，车道保持辅助系统可以包括前视摄像装置、主控电子控制单元、转向单元和车辆传感器；其中，前视摄像装置可以通过图像预处理技术对拍摄到的路面车道线图像信息进行感兴趣区域提取，并对感兴趣区域进行像素插值计算或边缘检测，再进行坐标转换以为后续针对探测到的车道线使用clothoid模型建模提供相关的参数(例如车道线的参数信息和车道线识别距离)；在进行坐标转换时，如图5所示(其中，dylane表示目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，dyvehicle表示车辆在预设的时间段内的第二横向位移值，xp表示车道线识别距离)，考虑到车辆的后轴中心为车辆的旋转中心，故选取该点作为坐标原点进行坐标系建立。

需要说明的是：感兴趣区域(roi，regionofinterest)指的是在机器视觉、图像处理中，从被处理的图像以方框、圆、椭圆、不规则多边形等方式勾勒出需要处理的区域；clothoid模型是一种回旋曲线的数学模型。

本发明实施例中，前视摄像装置通过上述方法，分析拍摄到的路面车道线图像信息可以得到车道线的参数信息和车道线识别距离；其中，车道线的参数信息可以包括但不限于：车道线距离坐标原点的距离、车道线航向角(即车道线与图5所示的坐标系x轴方向的夹角)、车道线曲率(即车道线上某个点的切线方向角对弧长的转动率)和车道线曲率的变化率。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统在分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离之前，还可以根据已拍摄到的路面图像信息判断当前路面状况是否拥挤；若当前路面状况拥挤，获取车辆启动的时间点以根据当前的时间点和车辆启动的时间点确定出车辆驾驶员的驾驶时长；判断车辆驾驶员的驾驶时长是否大于或等于预设的时长阈值；若驾驶时长大于或等于预设的时长阈值，执行分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离的步骤。

实施上述方法，可以在判断出车辆驾驶员的驾驶时间较长且当前的交通比较拥挤时才启用车道保持辅助系统；以减少车道保持辅助系统的计算量，减少功耗。

102、车道保持辅助系统根据车道线的参数信息和车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值。

本发明实施例中，车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以根据前视摄像装置所获取的车道线的参数信息和车道线识别距离建立clothoid车道线模型以获得如图5中虚线所示的目标行驶轨迹的轨迹方程，该clothoid车道线模型可以如下所示：

其中，y表示车道线的轨迹，dy表示车道线距离坐标原点的距离，ε表示车道线航向角，c0表示车道线曲率，c1表示车道线曲率的变化。

进一步地，根据所建立的clothoid车道线模型可以建立左侧车道线的轨迹方程，即：

其中，dyleftlane(dx)表示左侧车道线的轨迹，yl表示左侧车道线距离坐标原点的距离，εl表示左侧车道线航向角，c0l表示左侧车道线曲率，c1l表示左侧车道线曲率变化率。

同理，根据所建立的clothoid车道线模型还可以建立右侧车道线的轨迹方程，即：

其中，dyrightlane(dx)表示右侧车道线的轨迹，yr表示右侧车道线距离坐标原点的距离，εr表示右侧车道线航向角，c0r表示右侧车道线曲率，c1r表示右侧车道线曲率变化率。

如图5所示，因为目标行驶轨迹为左右车道线的中线，所以根据所建立的左右车道线的轨迹方程可以获得目标行驶轨迹的轨迹方程，即：

其中，dytarget(dx)表示目标行驶轨迹，yl表示左侧车道线距离坐标原点的距离，εl表示左侧车道线航向角，c0l表示左侧车道线曲率，c1l表示左侧车道线曲率变化率，yr表示右侧车道线距离坐标原点的距离，εr表示右侧车道线航向角，c0r表示右侧车道线曲率，c1r表示右侧车道线曲率变化率。

如图5所示，车辆在预设的时间段(如：tp)内沿x轴方向行驶的距离，即车道线识别距离xp的计算公式可以如下所示：

xp＝v.tp

其中，xp表示车道线识别距离，v表示车辆的行驶速度，因为横向速度的分量通常可以忽略，所以v可以近似等于车辆当前的行驶速度，车辆当前的行驶速度可以通过车辆的轮速传感器获得；tp表示预设的时间段，预设时间段的时长可以由开发人员根据大量的实验结果设定。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以将车道线识别距离(xp)代入目标行驶轨迹的轨迹方程，以计算出目标行驶轨迹在预设时间段(t)内的第一横向位移值，即：

其中，dylane(xp)表示第一横向位移值，yl表示左侧车道线距离坐标原点的距离、yr表示右侧车道线距离坐标原点的距离、εl表示左侧车道线航向角、εr表示右侧车道线航向角、c0l表示左侧车道线曲率、c0r表示右侧车道线曲率、c1l表示左侧车道线曲率变化率、c1r表示右侧车道线曲率变化率以及xp表示车道线识别距离。

103、车道保持辅助系统根据车辆姿态参数信息和车道线识别距离，计算出车辆在预设的时间段内的第二横向位移值。

本发明实施例中，车道保持辅助系统包括车辆传感器(例如安全气囊控制器等)，通过安全气囊控制器可以测量出车辆横摆角，以及间接测量出车辆的质心侧偏角和车辆横摆角速度等车辆姿态参数信息。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以根据已获得的车辆姿态参数信息、车道线识别距离以及结合以下公式，计算出车辆在预设的时间段(tp)内的第二横向位移值，即：

其中，dyvehicle(xp)表示第二横向位移值，车辆姿态参数信息可以包括但不限于：车辆横摆角ψ、车辆质心偏侧角β和车辆横摆角速度xp表示车道线识别距离；v为车辆的行驶速度。

104、车道保持辅助系统根据第一横向位移值和第二横向位移值，计算出横向位移值的偏差量。

本发明实施例中，如图5所示，目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值与车辆在预设的时间段内的第二横向位移值可能是不同的，则车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以结合以下公式计算出横向位移值的偏差量，即：

δdy＝dylane(xp)-dyvehicle(xp)

其中，δdy表示横向位移值的偏差量，dylane(xp)表示目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，dyvehicle(xp)表示车辆在预设的时间段内的第二横向位移值。

105、车道保持辅助系统根据横向位移值的偏差量以及车辆的运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出车辆的方向盘需求力矩。

本发明实施例中，车道保持辅助系统可以通过以下车辆传感器测量车辆的运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数。

例如：通过安全气囊控制器等传感器测量车辆的运动学参数，该车辆的运动学参数可以包括：车辆航向角、车辆航向角变化率和车辆距离目标轨迹的横向距离等；

通过雨量传感器等测量车辆的外部环境参数，该外部环境参数可以包括：车辆周围的降雨量，路面附着系数，车道线质量等；

通过力矩传感器和方向盘转角传感器等测量车辆驾驶员介入参数，该车辆驾驶员介入参数可以包括：方向盘上驾驶员施加的力矩，方向盘转角，方向盘转角速率等。

本发明实施例中，综合考虑当前计算处理器的稳定性、计算能力和成本等因素，本发明实施例中采用的控制器可以采用pid控制(即比例、积分、微分控制)，以步骤104所计算出的横向位移的偏差量δdy作为pid控制器输入，结合车辆的运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，可以计算出车辆的方向盘需求力矩msteerpid输出。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以根据车辆的运动学参数、车辆的外部环境参数和车辆的驾驶员介入参数计算出比例系数、积分系数和微分系数；

根据比例系数、积分系数、微分系数、横向位移值的偏差量以及结合以下公式，计算出车辆的方向盘需求力矩，即：

其中，msteerpid表示车辆的方向盘需求力矩，δdy表示横向位移值的偏差量，kp表示比例系数，ki表示积分系数，kd表示微分系数。

需要说明的是：pid控制器可以针对不同的影响因素，设置上述公式中的系数kp、ki、kd来进行方向盘需求力矩的调整。其中，kp、ki、kd的详细参数设置可以如下所示：

以比例系数kp为例进行说明：

1)车辆的运动学因素：针对不同的车辆航向角，车辆航向角变化率，车辆距离目标轨迹的横向距离等运动学因素来进行不同的pid参数，以kps为例进行设置，可以如下所示：

kps＝kpsheadingangle·kpsheadinganglerate·kpsdy......

其中，kps表示车辆运动学系数，kpsheadingangle表示车辆航向角，kpsheadinganglerate表示车辆航向角变化率，kpsdy表示车辆距离目标轨迹的横向距离。

2)外部环境因素：针对不同的外部环境，如降雨量，路面附着系数，车道线质量等运动学因素来进行不同的pid参数。以kpe为例进行设置，可以如下所示：

kpe＝kperainfall·kperoadcoefficient·kpelinequality......

其中，kpe表示外部环境系数，kperainfall表示降雨量，kperoadcoefficient表示路面附着系数，kpelinequality表示车道线质量等运动学因素。

3)驾驶员介入因素：针对驾驶员介入的不同条件，如方向盘上驾驶员施加的力矩，方向盘转角，方向盘转角速率来进行不同的pid参数。以kpd为例进行设置，可以如下所示：

kpd＝kpddrviertorque·kpdsteerangle·kpdsteeranglerate......

其中，kpd表示驾驶员介入系数，kpddrviertorque表示方向盘上驾驶员施加的力矩，kpdsteerangle表示方向盘转角，kpdsteeranglerate表示方向盘转角速率。

综合上述三个因素，结合以下公式可以计算出比例系数kp，即：

kp＝kps·kpe·kpd

其中，kp表示比例系数，kps表示车辆运动学系数，kpe表示外部环境系数，kpd表示驾驶员介入系数。

类似地，积分系数ki、微分系数kd也可以通过上述方法进行设置。

实施上述方法，车道保持辅助系统可以针对车辆的运动学因素、外部环境因素和驾驶员介入因素来设置控制器，以调节系统所输出的辅助用户保持在正确车道的力矩，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性也更高。

106、车道保持辅助系统根据车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩。

本发明实施例中，在对弯道进行目标行驶轨迹进行追踪控制时，为了保证更好的控制效果，道路曲率对控制器的影响也需要考虑，即可以增加针对道路曲率相关的前馈补偿控制，该前馈补偿控制力矩的计算公式可以如下所示：

mcurve＝kcurve·c0

其中，mcurve表示前馈补偿控制力矩，kcurve表示前馈补偿系数，c0表示弯道处的车道线曲率；需要说明的是：前馈补偿系数kcurve可以是由开发人员根据大量的实验结果设定的，弯道处的车道线曲率c0可以通过分析前视摄像装置拍摄的车道线图像获得。

本发明实施例中，车道保持辅助系统包括的主控电子控制单元可以根据车辆的方向盘需求力矩msteerpid与预设的前馈补偿控制力矩mcurve结合以下公式计算出输出力矩(即控制器的输出力矩)，即：

msteering＝msteerpid+mcurve

其中，msteering表示控制器的输出力矩，msteerpid表示车辆的方向盘需求力矩，mcurve表示预设的前馈补偿控制力矩。

107、车道保持辅助系统根据输出力矩和驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩。

本发明实施例中，如图6所示(其中，torquesensor表示扭矩传感器，eps表示电动助力转向系统，piniongear表示转向小齿轮，虚线框中表示eps的计算逻辑)，车道保持辅助系统包括的转向单元可以通过安装在转向管柱上的力矩传感器或者扭矩传感器测量当前驾驶员的手力矩mdriver，进而车道保持辅助系统包括的转向单元可以根据主控电子控制单元中的pid控制器所输出力矩和驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统根据输出力矩和驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩的方式可以是：车道保持辅助系统根据输出力矩和驾驶员的手力矩，运用预设的电子转向助力函数计算出电子转向助力力矩；然后计算输出力矩、驾驶员的手力矩和电子转向助力力矩的和作为目标执行力矩。

需要说明的是：本发明实施例中，车道保持辅助系统中的转向系统可以包括：电子助力转向单元(或者称为电动助力转向系统，eps，electricpowersteering)，该电子助力转向系统可以采用扭杆扭矩的控制方式来实现转向控制，实现原理如图6所示，当安装在转向管柱上的力矩传感器测量到当前驾驶员的手力矩mdrvier输入给电子助力转向系统，同时主控电子控制单元计算出来的控制器输出力矩msteering也发送给电子助力转向系统后。电子助力系统可以进行相应的eps助力逻辑，并输出力矩f(mdriver+msteering)，再叠加输出力矩msteering和驾驶员手力矩mdrvier，以得到叠加后的目标执行力矩mpg，最后将mpg施加在转向小齿轮(piniongear)上完成转向控制；其中，目标执行力矩mpg的计算公式可以如下所示：

mpg＝f(mdriver+msteering)+mdriver+msteering

其中，mpg表示目标执行力矩，f(x)为eps的助力函数，mdriver表示驾驶员的手力矩，msteering表示主控电子控制单元计算出来的控制器输出力矩。

实施上述方法，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

108、车道保持辅助系统根据目标执行力矩控制车辆，以使车辆按照预设的行驶轨迹行驶。

可见，实施图1所描述的方法，车道保持辅助保持系统包括的前视摄像装置用于采集和分析路面的图像信息；车辆传感器用于采集各种外界环境参数、车辆姿态参数和车辆驾驶员介入参数等；进一步主控电子控制单元可以结合前视摄像装置采集的路面图像信息计算横向位移的偏差量，结合车辆传感器采集的各种参数计算出输出力矩等；然后，转向单元可以结合输出力矩以及驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩，并根据目标执行力矩对车辆进行控制。实施本发明实施例，车道保持辅助系统可以基于横向位移的偏差量，结合车辆传感器采集的各种环境参数、车辆姿态参数和驾驶员的介入参数，在不同的运动参数下设置不同的控制参数来解决多变环境下的系统控制问题，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性更高。而且，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

实施例二

请参阅图2，图2是本发明实施例公开的另一种车道保持辅助方法的流程示意图。如图2所示，该车道保持辅助方法可以包括以下步骤：

201-205；其中，步骤201-步骤205与实施例一中的步骤101-步骤105相同，在此不再赘述。

206、车道保持辅助系统计算车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值。

207、车道保持辅助系统判断上述绝对值是否小于或等于预设的力矩阈值；若是，执行步骤208；若不是，结束本流程。

本发明实施例中，预设的力矩阈值可以是由开发人员根据大量的实验数据设定的。

举例来说，假设限制控制器输出力矩msteering的绝对值不超过3n.m，即若|mcurve+msteerpid|≤3n.m，则执行步骤208；若|mcurve+msteerpid|＞3n.m，则结束本流程；其中，mcurve表示前馈补偿控制力矩，msteerpid表示车辆的方向盘需求力矩。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统在判断出车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值小于或等于预设的力矩阈值之后，以及以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩之前，还可以判断车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值的增长速率是否小于或等于预设的速率阈值；若该绝对值的增长速率小于或等于预设的速率阈值，才以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

举例来说，假设限制控制器输出力矩的增长速率不超过5n.m/s时，才执行步骤208。需要说明的是：预设的速率阈值可以是由开发人员根据大量的实验数据设定的。

实施上述方法，可以限制系统输出的辅助用户保持正确车道的力矩的大小，还有增长速率，进而提高车道保持辅助系统的安全性，避免系统的输出力矩太大或者增长得太快，因为若在短时间内给车辆方向盘施加的控制力太大或者增长得太快，在车速较快的情况下可能导致车辆失控，甚至翻车。

208、车道保持辅助系统以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

209-210；其中，步骤209-步骤210与实施例一中的步骤107-步骤108相同，在此不再赘述。

可见，与实施图1所描述的方法相比较，实施图2所描述的方法还可以限制系统输出的辅助用户保持正确车道的力矩的大小，还有增长速率，进而提高车道保持辅助系统的安全性，避免系统的输出力矩太大或者增长得太快，因为若在短时间内给车辆方向盘施加的控制力太大或者增长得太快，在车速较快的情况下可能导致车辆失控，甚至翻车。

实施例三

请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统的结构示意图。如图3所示，该车道保持辅助系统可以包括：前视摄像装置301、主控电子控制单元302、转向单元303和车辆传感器304。其中：

前视摄像装置301，用于分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离；

主控电子控制单元302，用于根据前视摄像装置301获取的车道线的参数信息和车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值；

主控电子控制单元302，还用于根据车道线识别距离和车辆传感器304获得的车辆姿态参数信息，计算出车辆在预设的时间段内的第二横向位移值；

主控电子控制单元302，还用于根据第一横向位移值和第二横向位移值，计算出横向位移值的偏差量；

主控电子控制单元302，还用于根据横向位移值的偏差量以及车辆传感器304获取的车辆运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出车辆的方向盘需求力矩；

主控电子控制单元302，还用于根据车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩；

转向单元303，用于根据输出力矩和驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩；

转向单元303，还用于根据目标执行力矩控制车辆，以使车辆按照预设的行驶轨迹行驶。

为了更好地理解本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统中各器件的工作流程，以下结合图7进行说明。其中，车道保持辅助系统可以通过前视摄像装置获取车道线参数，并将车道线参数发送至主控电子控制单元(虚线框内表示主控电子控制单元)，以计算出目标行驶轨迹的第一横向位移值；通过车辆传感器测量出车辆的姿态参数并发送至主控电子控制单元，以计算出车辆的第二横向位移值；计算第一横向位移值与第二横向位移值的差值以获得横向位移值的偏差量；再将横向位移值的偏差量、车辆运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数输入主控电子控制单元包括的pid控制器，以得到pid控制器输出的控制器输出力矩；对控制器输出力矩进行相应的前馈补偿控制(该前馈补偿控制的参数可以根据车道线曲率计算获得)，再对执行前馈补偿控制后的控制器输出力矩进行输出力矩限制，以得到目标执行力矩，最后将目标执行力发送至转向单元，以让转向单元根据目标执行力矩控制车辆。

可见，实施图3所描述的车道保持辅助系统，可以基于横向位移的偏差量，结合车辆传感器采集的各种环境参数、车辆姿态参数和驾驶员的介入参数，在不同的运动参数下设置不同的控制参数来解决多变环境下的系统控制问题，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性更高。而且，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

实施例四

请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统的结构示意图。如图3所示，该车道保持辅助系统可以包括：前视摄像装置301、主控电子控制单元302、转向单元303和车辆传感器304。其中：

主控电子控制单元302用于根据车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩计算出输出力矩的方式具体为：

主控电子控制单元302，用于计算车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值；以及，判断该绝对值是否小于或等于预设的力矩阈值；以及，若该绝对值小于或等于预设的力矩阈值，以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

作为一种可选的实施方式，主控电子控制单元302用于在判断出车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值小于或等于预设的力矩阈值时，以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩的方式具体为：

主控电子控制单元302，用于在判断出车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和的绝对值小于或等于预设的力矩阈值时，判断该绝对值的增长速率是否小于或等于预设的速率阈值；以及，若该绝对值的增长速率小于或等于预设的速率阈值，以车辆的方向盘需求力矩与预设的前馈补偿控制力矩的总和作为输出力矩。

实施上述方法，可以限制系统输出的辅助用户保持正确车道的力矩的大小，还有增长速率，进而提高车道保持辅助系统的安全性，避免系统的输出力矩太大或者增长得太快，因为若在短时间内给车辆方向盘施加的控制力太大或者增长得太快，在车速较快的情况下可能导致车辆失控，甚至翻车。

作为一种可选的实施方式，主控电子控制单元302用于根据前视摄像装置301获取的车道线的参数信息和车道线识别距离，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值的方式具体为：

主控电子控制单元302，用于根据前视摄像装置301获取的车道线的参数信息、车道线识别距离以及结合以下公式，计算出目标行驶轨迹在预设时间段内的第一横向位移值，即：

其中，dylane(xp)表示第一横向位移值，车道线的参数信息包括：左侧车道线距离坐标原点的距离yl、右侧车道线距离坐标原点的距离yr、左侧车道线航向角εl、右侧车道线航向角εr、左侧车道线曲率c0l、右侧车道线曲率c0r、左侧车道线曲率变化率c1l和右侧车道线曲率变化率c1r；xp表示车道线识别距离。

作为一种可选的实施方式，主控电子控制单元302用于根据车道线识别距离和车辆传感器304获得的车辆姿态参数信息，计算出车辆在预设的时间段内的第二横向位移值的方式具体为：

主控电子控制单元302，用于根据车道线识别距离、车辆传感器304获得的车辆姿态参数信息以及结合以下公式，计算出车辆在预设的时间段内的第二横向位移值，即：

其中，dyvehicle(xp)表示第二横向位移值，车辆姿态参数信息包括：车辆横摆角ψ、车辆质心偏侧角β和车辆横摆角速度xp表示车道线识别距离；v为车辆的行驶速度。

作为一种可选的实施方式，主控电子控制单元302用于根据横向位移值的偏差量以及车辆传感器304获取的车辆运动学参数、外部环境参数和驾驶员介入参数，计算出车辆的方向盘需求力矩的方式具体为：

主控电子控制单元302，用于根据车辆传感器304获取的车辆运动学参数、车辆传感器获取的车辆外部环境参数和车辆传感器获取的车辆驾驶员介入参数计算出比例系数、积分系数和微分系数；以及，根据比例系数、积分系数、微分系数和横向位移值的偏差量结合以下公式，计算出车辆的方向盘需求力矩，即：

其中，msteerpid表示车辆的方向盘需求力矩，δdy表示横向位移值的偏差量，kp表示比例系数，ki表示积分系数，kd表示微分系数。

实施上述方法，车道保持辅助系统可以针对车辆的运动学因素、外部环境因素和驾驶员介入因素来设置控制器，以调节系统所输出的辅助用户保持在正确车道的力矩，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性也更高。

作为一种可选的实施方式，转向单元303用于根据输出力矩和驾驶员的手力矩计算出目标执行力矩的方式具体为：

转向单元303，用于根据输出力矩和驾驶员的手力矩，运用预设的电子转向助力函数计算出电子转向助力力矩；以及，计算输出力矩、驾驶员的手力矩和电子转向助力力矩的和作为目标执行力矩。

实施上述方法，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

作为一种可选的实施方式，车道保持辅助系统还可以包括未图示的启动分析模块，该启动分析模块用于在前视摄像装置301分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离之前，根据已拍摄到的路面图像信息判断当前路面状况是否拥挤；以及，若当前路面状况拥挤，获取车辆启动的时间点以根据当前的时间点和车辆启动的时间点确定出车辆驾驶员的驾驶时长；以及，判断车辆驾驶员的驾驶时长是否大于或等于预设的时长阈值；以及，若驾驶时长大于或等于预设的时长阈值，触发前视摄像装置301分析拍摄到的路面车道线图像信息，以获取车道线的参数信息和车道线识别距离。

实施上述方法，可以在判断出车辆驾驶员的驾驶时间较长且当前的交通比较拥挤时才启用车道保持辅助系统；以减少车道保持辅助系统的计算量，减少功耗。

可见，实施图3所描述的车道保持辅助系统，还可以限制系统输出的辅助用户保持正确车道的力矩的大小，还有增长速率，进而提高车道保持辅助系统的安全性，避免系统的输出力矩太大或者增长得太快，因为若在短时间内给车辆方向盘施加的控制力太大或者增长得太快，在车速较快的情况下可能导致车辆失控，甚至翻车；以及，可以针对车辆的运动学因素、外部环境因素和驾驶员介入因素来设置控制器，以调节系统所输出的辅助用户保持在正确车道的力矩，从而使系统的使用范围更广，舒适性和可靠性也更高；以及，转向单元中的电子助力转向可以采用扭杆扭矩来实现转向控制，方式简单且成本低。

实施例五

请参阅图4，图4是本发明实施例公开的另一种车道保持辅助系统的结构示意图。如图4所示，该车道保持辅助系统可以包括：

存储有可执行程序代码的存储器401；

与存储器401耦合的处理器402；

其中，处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，执行图1～图2任意一种车道保持辅助方法。

本发明实施例公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行图1～图2任意一种车道保持辅助方法。

请参阅8图，图8是本发明实施例公开的一种车辆，该车辆包括本发明实施例公开的一种车道保持辅助系统；其中，该车道保持辅助系统可以包括：前视摄像装置1、主控电子控制单元2、转向单元3和车辆传感器4。

本发明实施例还公开一种应用发布平台，其中，应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如以上各方法实施例中的方法的部分或全部步骤。

在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例上述方法的部分或全部步骤。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存储器(randomaccessmemory，ram)、可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammablereadonlymemory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-timeprogrammableread-onlymemory，otprom)、电子抹除式可复写只读存储器(electrically-erasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

以上对本发明实施例公开的一种车道保持辅助方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。