一种车道保持辅助系统和车道保持辅助方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车安全驾驶领域，具体涉及一种适用于机动车辆的车道保持辅助系统和车道保持辅助方法。
【背景技术】
[0002]车道保持辅助系统(Lane Keeping Assist System:LKAS)是指基于行驶中的车辆的行驶信息及道路信息，预测行驶车辆将要脱离车道时，通过控制车辆从而防止行驶车辆脱离车道的一种智能驾驶辅助系统。其重要功能是在高速或类似的公路环境中，辅助过度疲劳或长时间单调驾驶的驾驶员保持车辆在车道内行驶，提高车辆的安全性。
[0003]现有技术中，发明专利CN1244034C、CN 100469630C、CN 101965286 B的发明思路是当车辆要偏离其行驶的车道时，根据车辆相对该车道中心线的横向移动偏差量控制作用在每个车轮上的制动力或驱动力，以使车辆产生回到行驶车道的偏航力矩，从而防止车辆偏离车道行驶。但是以上几个专利中并未明确制动力是按照怎样的比例来施加或进行控制，如果制动力施加不合理，会使车辆运动趋向不稳定状态，重则导致车辆出现侧滑、侧翻的风险，轻则减速度过大会给驾驶员造成较大的冲击感，引起驾驶员恐慌，同时大大降低驾驶舒适性。
[0004]发明专利CN1154592C提出通过对车辆的转向系统施加一个转向偏置扭矩使运动车辆跟踪道路车道标志的设计中线。但其并未考虑，对于高速稳定运行的车辆，方向盘能够转动的角度通常是有限的，因此仅通过转向系统很难提供车辆所希望的足够的横摆力矩。若要产生足够的横摆力矩，转向角度过大会造成车辆不稳定，重则导致车辆出现侧滑、侧翻的风险，轻则会给驾驶员造成较大的横向冲击感，引起驾驶员恐慌，同样也会大大降低驾驶舒适性。
[0005]发明专利CN101778753 B提出将提供的车辆相关信息和环境相关信息进行组合来预测车辆的运行轨迹，进行车辆的车道保持控制。但未考虑“人-车-路”这一大系统中人作为关键因素的影响，未考虑驾驶员的驾驶行为特性。因此车道保持系统需同时考虑驾驶员的驾驶行为特性。
[0006]同时，现有的这些车道保持辅助系统都只考虑车辆横向方向保持在左右车道标志线内即认为是安全的，并未考虑纵向车辆的影响，这有很大的安全风险。例如本车辆所在车道内前方有减速行驶的车辆，或相邻车道行驶的另一车辆突然变道至本车辆所在车道内，并且处于本车辆前方时，此时本车辆如果继续执行车道保持可能会与前方的车辆相撞，容易引起交通事故或造成人身伤害。另外行驶车辆与路面之间的滚动摩擦系数是不断变化的，现有的车道保持辅助系统在理论计算及实践应用中均将其作为常数进行简化处理，当遇上雨、雪、结冰天气及其他原因造成路面或局部路面摩擦系数变化较大时，现有车道保持辅助系统对摩擦系数的处理方式将直接影响到车道保持系统执行的效果，可能造成误判的情况出现。因此现有技术中的车道保持辅助系统没有达到高精度、高智能化、高安全性的车道保持辅助控制目的。
【发明内容】
[0007]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种创新性的车道保持辅助系统和车道保持辅助方法，通过车道环境检测模块、车辆状态检测模块、驾驶员驾驶状态检测模块、车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块对“人-车-路”驾驶环境进行全面检测，并将相应检测信号通过车道保持控制模块进行运算处理，判断车辆是否偏离车道，并且通过电动助力转向系统EPS(Electric Power Steering)和电子稳定程序ESP(ElectronicStability Programe)协同控制实现车道横向回正控制，同时通过电子稳定程序ESP控制实现纵向安全距离保持，并且在适当时候进行报警提醒。本发明可以提高行驶车辆的驾驶安全性，并且在保证驾驶安全性的前提下，显著改善车辆驾驶舒适性。
[0008]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种车道保持辅助系统，包括:车道环境检测模块10、车辆状态检测模块20、驾驶员驾驶状态检测模块30、车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块40、车道保持控制模块50、车道保持执行模块60和报警系统模块70，所述车道环境检测模块10、车辆状态检测模块20、驾驶员驾驶状态检测模块30、车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块40连接于车道保持控制模块50的数据采集输入部分，所述车道保持执行模块60和报警系统模块70连接于车道保持控制模块50的控制信号输出部分，所述车道保持控制模块50根据车道环境检测模块10、车辆状态检测模块20、驾驶员驾驶状态检测模块30和车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块40提供的“人-车-路”驾驶环境检测数据，判定车辆运行状态和驾驶员驾驶状态，当驾驶员驾驶状态出现异常时，所述车道保持控制模块50触发报警系统模块70进行报警提醒，当车辆横向偏离车道出现异常时，所述车道保持控制模块50控制车道保持执行模块60执行车辆横向回正控制，当车辆纵向未处在安全距离范围时，所述车道保持控制模块50控制车道保持执行模块60将车辆保持在安全距离范围。
[0009]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中所述车道环境检测模块10包括CCD摄像机110和雷达120，用于检测车道线标识、车道线宽度、车辆中心距两侧车道线距离、道路上行人、车辆航向角、车辆间距离信息和车辆间相对速度信息，所述车辆状态检测模块20包括加速度传感器210、横摆角速度传感器220和轮速传感器658，用于检测车辆横向与纵向加速度、横摆角速度和车轮转速，所述驾驶员驾驶状态检测模块30包括触碰传感器310、转向灯信号器320、车道保持按钮开关信号器330、方向盘扭矩传感器614和方向盘转角传感器615，用于检测车辆方向盘触碰情况、转向灯开闭状态、车道保持辅助系统开闭状态、方向盘转向扭矩、方向盘转向角度以及方向盘转向角速度，所述车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块40包括轮胎传感器，用于周期性检测车辆与道路路面的滚动摩擦系数;所述车道保持控制模块50包括输入模块510、数据存储模块520、微处理器530及输出模块540，所述输入模块510连接于所述CCD摄像机110、雷达120、加速度传感器210、横摆角速度传感器220、轮速传感器658、触碰传感器310、转向灯信号器320、车道保持按钮开关信号器330、方向盘扭矩传感器614、方向盘转角传感器615和轮胎传感器，所述微处理器530连接于所述输入模块510、数据存储模块520和输出模块540;所述车道保持执行模块60包括电动助力转向系统EPS控制装置610和电子稳定程序ESP控制装置650，所述输出模块540连接于所述电动助力转向系统EPS控制装置610、电子稳定程序ESP控制装置650和报警系统模块70。
[0010]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中所述车道保持控制模块50基于驾驶员驾驶状态检测模块30提供的检测信息按下述方式判定驾驶员驾驶状态是否出现异常:当触碰传感器310检测到驾驶员没有握稳方向盘时判定驾驶状态异常；当方向盘扭矩传感器614在单位时间内检测到方向盘转向扭矩小于等于预设阈值、并且连续η个单位时间内均检测到方向盘转向扭矩小于等于预设阈值时，判定驾驶状态异常，η为检测次数；当方向盘转角传感器615在单位时间内检测到方向盘转向角度和方向盘转向角速度均大于预设阈值时判定驾驶状态异常；当转向灯信号器320在车辆转向的情况下未提供转向灯开启信号时判定驾驶状态异常。
[0011]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中所述车道保持控制模块50基于车道环境检测模块10提供的检测信息，首先判定车辆是否横向偏离车道，在车辆横向偏离车道的前提下再判定车辆横向偏离车道是否处于异常状态，当车辆横向偏离车道处于异常状态时，车道保持控制模块50触发车道保持执行模块60执行车辆横向回正控制操作。
[0012]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中所述车道保持控制模块50基于车道环境检测模块10提供的检测信息按照以下方式判定车辆是否横向偏离车道:当检测到的第i + Ι幅图像的车辆左边缘距左侧车道线的距离dl1+1减去第i + Ι幅图像的车辆右边缘距右侧车道线的距离dr1+1的绝对值大于第i幅图像的车辆左边缘距左侧车道线的距离Cll1减去第i幅图像的车辆右边缘距右侧车道线的距离dri的绝对值时，判定车辆已横向偏离车道，并且当检测到的第i幅图像的车辆左边缘距左侧车道线的距离(^的绝对值减去第i幅图像的车辆右边缘距右侧车道线的距离(1^的绝对值大于等于预设的阈值dt时，则判定车辆右向偏离车道，反之则左向偏离车道;当检测到车辆的第i+Ι幅图像的航向角的绝对值大于第i幅图像的航向角α的绝对值时，则判定车辆横向偏离车道，且当航向角沿车道中心线的右侧方向时进一步判定车辆右向偏离车道，当航向角沿车道中心线的左侧方向时进一步判定车辆左向偏离车道。
[0013]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中所述车道保持控制模块50基于车道环境检测模块10提供的检测信息按照以下方式判定车辆横向偏离车道是否处于异常:在确定车辆左向偏离车道下，当第i幅图像的车辆左边缘距左侧车道线的距离dli小于等于左侧干涉区域内车道线距干涉区域内侧边界线的距离H11时，判定车辆左向偏离车道异常，需要启动回正控制操作;在确定车辆右向偏离车道下，当第i幅图像的车辆右边缘距右侧车道线的距离dri小于等于右侧干涉区域内车道线距干涉区域内侧边界线的距离Hir时，判定车辆右向偏离车道异常，需要启动回正控制操作。
[0014]进一步的根据本发明所述的车道保持辅助系统，其中当车辆横向偏离车道出现异常时，所述车道保持控制模块50按照以下方式进行车辆横向回正控制:首先车道保持控制模块50根据车辆状态检测模块20提供的横向与纵向加速度、横摆角速度和车轮转速信息以及车辆与道路路面滚动摩擦系数检测模块40提供的滚动摩擦系数信息精准计算所需的横向回正力矩;接着将所述横向回正力矩按预定比例分配给所述电动助力转向系统EPS控制装置610和电子稳定程序ESP控制装置650，所述电动助力转向系统EPS控制装置610通过电动助力转向模块调整相应转向力和方向盘转角来提供第一辅助回正力矩，所述电子稳定程序ESP控制装置650通过对各个车轮轮速进行调整来提供第二辅助回正力矩，