基于侧风影响的车道偏移控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了基于侧风影响的车道偏移控制系统及其控制方法，所述控制系统由信号采集部分、ECU以及执行器部分组成，其中信号采集部分增加了位于车身两侧的风速传感器，以检测侧风风速，且信号采集部分各组成部件的信号输出端均分别与ECU控制连接；所述执行器部分由仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统组成，且其信号输入端均分别与ECU控制连接。本发明的控制方法将侧风对车道偏移的影响考虑在内，并以降低车辆速度作为主动干预方式，综合考虑了车道偏离信号、驾驶员的反应时间以及车辆在侧风环境下的极限车速，减小了驾驶员反应及机械传动迟滞时间内的车速和侧向位移。
【专利说明】
基于侧风影响的车道偏移控制系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明属于汽车辅助驾驶系统技术领域，具体涉及基于侧风影响的车道偏移控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在汽车行驶过程中，车道偏离预警系统在车辆即将偏离车道时报警，提醒驾驶员及时修正，对提高行车安全，避免因偏离车道而引发的交通事故意义重大。
[0003]目前主流的车道偏离预警系统，例如:车道偏离预警系统，即LDW，虽然具有良好的道路识别能力，并能通过声音、震动等形式报警，但是该系统无法对车辆的车道偏移进行主动干预。
[0004]又例如:车道保持辅助系统，S卩LKA，首先，LKA系统虽然能在车辆偏离车道时进行主动干预，但是其未将驾驶员的及时反应考虑进来，即车辆偏离车道时立刻进行或强行修正，且驾驶员主动反应后，系统无法主动停止干预，对驾驶员的主动驾驶行为形成障碍;其次，LKA系统的修正过程是通过主动转向导正车身，控制系统较为复杂，成本较高。
[0005]此外，LDW系统与LKA系统均未将侧风对车辆偏移的影响考虑到控制过程当中，在侧风作用下，车辆会迅速侧偏，因此，上述两个系统的实用性和安全性无法完全满足用户需求。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本发明公开了基于侧风影响的车道偏移控制系统及其控制方法，以提供一种能够主动干预，且考虑侧风作用和驾驶员反应时间的更加简单且人性化的控制系统及控制方法。结合说明书附图，本发明的技术方案如下:
[0007]基于侧风影响的车道偏移控制系统，由信号采集部分、ECU以及执行器部分组成，所述信号采集部分由车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器组成；
[0008]其中，所述风速传感器安装在车身两侧，以检测侧风风速;所述压力传感器安装在车辆承载重心下方，所述车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器的信号输出端均分别与ECU控制连接；
[0009]所述执行器部分由仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统组成；
[0010]其中，所述危险报警闪光灯安装于车头前方外侧，用于向对向行驶车辆发出警报信号，所述蜂鸣器安装于驾驶室内部，所述振动器安装于驾驶员座椅下方，所述仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统的信号输入端均分别与E⑶控制连接。
[0011 ]基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，所述控制方法将侧风对车道偏移的影响考虑在内，并以降低车辆速度作为主动干预方式，给驾驶员主动修正偏移车道的时间，及时回正车辆;具体控制方法如下:
[0012]步骤一:ECU通过采集到的车速信号，分析并判断车速是否大于系统预设值，如大于，则系统开启；
[0013]步骤二:ECU通过采集到的压力传感器信号，分析并判断车辆的承载状态，分别确定空载参数和满载参数；
[0014]步骤三:ECU通过车道偏离预警系统采集到的车道偏离信号，判断车道是否处于偏离状态，如车道偏离，则进入下一步骤，如车道未偏离，则循环本步骤；
[0015]步骤四:ECU以车辆承载参数、侧风风速为影响因素，分析并判断车辆此时的车速是否大于当前工况下的极限车速
[0016]步骤五:A.当车辆E⑶判断此时车速大于极限车速时:
[0017](I)ECU发出执行命令，应急警报灯打开、蜂鸣器报警、振动器开启振动、仪表板LED灯亮，且制动器系统直接以预设的压力进行制动，车辆减速；
[0018](2)ECU继续根据采集的车道偏离信号判断车辆是否处于车道偏离状态；
[0019](3)当车辆仍然处于车道偏离状态，E⑶通过采集的转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为;如驾驶员没有修正偏离车道的行为则进行上述步骤(I);如驾驶员有修正偏离车道的行为则解除所述蜂鸣器和振动器警报，并解除制动，应急警报灯保持开启，并继续进行上述步骤(2);
[0020]当车辆不处于车道偏离状态，则解除所述蜂鸣器警报和振动器警报，应急警报灯关闭，并解除制动，发动机节气门正常工作，系统控制结束；
[0021 ] B.当车辆E⑶判断此时车速不大于极限车速时；
[0022](I)蜂鸣器报警，E⑶内部计时器开始计时；
[0023](2)当计时器计时超过预设反应时间时，车辆ECU根据转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为；
[0024](3)当驾驶员没有修正偏离车道的行为，车辆ECU向振动器和发动机节气门发出指令，振动器开始振动，且发动机节气门关闭，车辆减速，并循环此步骤;当驾驶员有修正偏离车道的行为，警报解除，发动机节气门正常工作，并进一步检测车辆是否出现车道偏离，当车辆不处于车辆偏离状态，系统控制结束；
[0025]基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其中，所述预设的侧风作用时间为1.5s，所述侧向位移的预设值为0.5m。
[0026]基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其中，所述步骤一中，系统对车速的预设值为60km/h;
[0027]基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其中，所述步骤五中，当车辆ECU判断此时车速不大于极限车速时，计时器内预设反应时间为0.8s。
[0028]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0029]1、本发明将侧风作用考虑到车道偏移控制过程当中，更加满足了用户对车辆实用性及安全性的要求。
[0030]2、本发明综合考虑了车道偏离信号、驾驶员的反应时间以及车辆在侧风环境下的极限车速，当驾驶员未在规定时间内做出修正反应或是汽车在侧风环境中以超过安全阈值的较高车速侧偏时，系统以减速作为主动干预的方式，减小了驾驶员反应及机械传动迟滞时间内的车速和侧向位移，以便驾驶员反应后及时回正。
[0031]3、本发明在检测到驾驶员有修正反应，即转向盘转矩传感器有信号时，主动干预立即停止，车辆按照驾驶员的意愿行驶，不会影响驾驶员的主动驾驶。
[0032]4、本发明的系统及控制方法简单灵活，易于推广应用。
【附图说明】
[0033]图1为本发明所述的基于侧风影响的车道偏移控制系统的结构组成框图；
[0034]图2为本发明所述的基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法流程框图。
【具体实施方式】
[0035]如图1所示，本发明公开了基于侧风影响的车道偏移控制系统，该系统由信号采集部分、ECU以及执行器部分组成。其中，所述信号采集部分由车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器组成，所述风速传感器安装在车身两侧，用于检测车辆所处环境下的侧风风速;所述压力传感器安装在车辆承载重心下方，用于检测车辆的承载情况。
[0036]所述车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器的信号输出端均分别与ECU控制连接，分别将车速信号、侧风风速信号、转向盘转矩信号、车道偏离信号以及车辆承载信号发送至ECU，并通过ECU进行分析判断。
[0037]所述执行器部分由仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统组成，所述仪表板LED灯用于向驾驶员进行视觉上的警报，所述危险报警闪光灯安装于车头前方外侧，用于向对向行驶车辆发出警报信号，所述蜂鸣器安装于驾驶室内部，用于向驾驶员进行听觉上的警报，所述振动器安装于驾驶员座椅下方，用于向驾驶员进行触觉上的警报。
[0038]所述仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统的信号输入端均分别与ECU控制连接，以执行ECU发出的执行命令。所述发动机节气门和车辆制动系统在ECU的控制下实现开启或关闭，以实现对车辆的减速制动或解除制动。
[0039]如图2所示，本发明还公开了基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，所述方法将侧风对车道偏移的影响考虑在内，并以降低车辆速度作为主动干预方式，给驾驶员主动修正偏移车道的时间，及时回正车辆。具体控制方法如下:
[0040]1、车辆E⑶通过采集到的车速信号，分析并判断车速是否大于系统预设值60km/h，如大于，则系统开启。
[0041]2、车辆ECU通过采集到的压力传感器信号，分析并判断车辆的承载状态，并通过程序计算分别确定空载参数和满载参数。
[0042]3、车辆ECU通过车道偏离预警系统LDW采集到的车道偏离信号，判断车道是否处于偏尚状态，如车道偏尚，则进入下一步骤;如车道未偏尚，则循环本步骤。
[0043]4、车辆ECU以车辆承载参数、侧风风速为影响因素，分析并判断车辆此时的车速是否大于当前工况下的极限车速。判断过程如下:
[0044]首先，对车辆侧风气动特性进行数值模拟，确定气动六分力系数和侧偏角的函数关系，即侧风气动特性曲线；
[0045]具体方法为:基于合成速度法和流体动力学仿真软件STAR-CCM+计算出车辆在不同车速和侧风风速下的气动六分力系数，为消除数值模拟的波动误差，满足动力学仿真的要求，基于数值仿真数据和多项式拟合的方法，得到了气动六分力系数与侧偏角的函数关系，并将拟合曲线与原始数据进行对比，如果拟合曲线与原始数据能够较好重合，则可以利用拟合曲线建立空气动力学模型，否则需要重新拟合，直至二者能够较好重合。
[0046]然后基于TruckSim/CarSim软件和车辆的特性曲线建立整车的动力学模型，包括空气动力学系统建模、车体建模、行驶系统建模、转向系统建模、制动系统建模及动力传动系统建模，然后在软件中的Simple Crosswind Test模型中设置仿真侧风风速和车速，得到不同车速下车辆的侧向位移和侧向加速度随侧风风速的变化曲线，利用翻转试验台或是理论公式计算得到车辆的侧翻阈值，取空/满载参数下的预设侧风作用时间后的侧向位移以及侧向加速度，以侧向位移小于预设值，侧向加速度小于侧翻阈值为标准，确定不同风速下的极限车速；
[0047]最后，以当前侧风风速为参数，确定当前侧风风速下的极限车速，并与当前车速进行对比。
[0048]5、车辆ECU根据车速情况发出执行命令
[0049]A.当车辆ECU判断此时车速大于极限车速时；
[0050](I)车辆ECU发出执行命令，应急警报灯打开、蜂鸣器报警、振动器开启振动、仪表板LED灯亮，且制动器系统直接以预设的0.3MPa压力进行制动，车辆减速；
[0051 ] (2)车辆ECU继续根据采集的车道偏离信号判断车辆是否处于车道偏离状态；
[0052](3)当车辆仍然处于车道偏离状态，ECU通过采集的转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为;如驾驶员没有修正偏离车道的行为则进行上述步骤
(I);如驾驶员有修正偏离车道的行为则解除所述蜂鸣器和振动器警报，并解除制动，应急警报灯保持开启，并继续进行上述步骤(2);
[0053]当车辆不处于车道偏离状态，则解除所述蜂鸣器警报和振动器警报，应急警报灯关闭，并解除制动，发动机节气门按节气门传感器信号正常工作，系统控制结束；
[0054]B.当车辆ECU判断此时车速不大于极限车速时；
[0055](I)蜂鸣器报警，E⑶内部计时器开始计时；
[0056](2)当计时器计时超过预设反应时间0.8s时，车辆ECU根据转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为；
[0057](3)当驾驶员没有修正偏离车道的行为，车辆ECU向振动器和发动机节气门发出指令，振动器开始振动，且发动机节气门关闭，车辆减速，并循环此步骤，直到驾驶员修正偏离车道;当驾驶员有修正偏离车道的行为，警报解除，发动机节气门按节气门传感器信号正常工作，并进一步检测车辆是否出现车道偏离，当车辆不处于车辆偏离，系统控制结束。
【主权项】
1.基于侧风影响的车道偏移控制系统，由信号采集部分、ECU以及执行器部分组成，其特征在于: 所述信号采集部分由车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器组成； 其中，所述风速传感器安装在车身两侧，以检测侧风风速;所述压力传感器安装在车辆承载重心下方，所述车速传感器、风速传感器、转向盘转矩传感器、车道偏离预警系统以及压力传感器的信号输出端均分别与ECU控制连接； 所述执行器部分由仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统组成； 其中，所述危险报警闪光灯安装于车头前方外侧，用于向对向行驶车辆发出警报信号，所述蜂鸣器安装于驾驶室内部，所述振动器安装于驾驶员座椅下方，所述仪表板LED灯、危险报警闪光灯、蜂鸣器、振动器、发动机节气门以及车辆制动系统的信号输入端均分别与E⑶控制连接。2.如权利要求1所述基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其特征在于: 所述控制方法将侧风对车道偏移的影响考虑在内，并以降低车辆速度作为主动干预方式，给驾驶员主动修正偏移车道的时间，及时回正车辆;具体控制方法如下: 步骤一:ECU通过采集到的车速信号，分析并判断车速是否大于系统预设值，如大于，则系统开启； 步骤二:ECU通过采集到的压力传感器信号，分析并判断车辆的承载状态，分别确定空载参数和满载参数； 步骤三:ECU通过车道偏离预警系统采集到的车道偏离信号，判断车道是否处于偏离状态，如车道偏离，则进入下一步骤，如车道未偏离，则循环本步骤； 步骤四:ECU以车辆承载参数、侧风风速为影响因素，分析并判断车辆此时的车速是否大于当前工况下的极限车速 步骤五:A.当车辆ECU判断此时车速大于极限车速时: (1)ECU发出执行命令，应急警报灯打开、蜂鸣器报警、振动器开启振动、仪表板LED灯亮，且制动器系统直接以预设的压力进行制动，车辆减速； (2)ECU继续根据采集的车道偏离信号判断车辆是否处于车道偏离状态； (3)当车辆仍然处于车道偏离状态，ECU通过采集的转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为;如驾驶员没有修正偏离车道的行为则进行上述步骤(I);如驾驶员有修正偏离车道的行为则解除所述蜂鸣器和振动器警报，并解除制动，应急警报灯保持开启，并继续进行上述步骤(2); 当车辆不处于车道偏离状态，则解除所述蜂鸣器警报和振动器警报，应急警报灯关闭，并解除制动，发动机节气门正常工作，系统控制结束； B.当车辆ECU判断此时车速不大于极限车速时； (1)蜂鸣器报警，E⑶内部计时器开始计时； (2)当计时器计时超过预设反应时间时，车辆ECU根据转向盘转矩传感器的信号，判断驾驶员是否有修正偏离车道的行为； (3)当驾驶员没有修正偏离车道的行为，车辆ECU向振动器和发动机节气门发出指令，振动器开始振动，且发动机节气门关闭，车辆减速，并循环此步骤；当驾驶员有修正偏离车道的行为，警报解除，发动机节气门正常工作，并进一步检测车辆是否出现车道偏离，当车辆不处于车辆偏离状态，系统控制结束。3.如权利要求2所述基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其特征在于: 所述预设的侧风作用时间为1.5s，所述侧向位移的预设值为0.5m。4.如权利要求2所述基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其特征在于: 所述步骤一中，系统对车速的预设值为60km/h。5.如权利要求2所述基于侧风影响的车道偏移控制系统的控制方法，其特征在于: 所述步骤五中，当车辆ECU判断此时车速不大于极限车速时，计时器内预设反应时间为.0.8so
【文档编号】B60W50/14GK106043279SQ201610524197
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】胡兴军, 丁九洋, 郭鹏, 曹杰汛, 杜玮, 于旭涛, 王靖宇, 杨博, 董春波, 乔银波
【申请人】吉林大学