专利名称：用于车道居中控制的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于带用户可操作的转向设备和计算机控制的转向致动器的糊的车道居中控制的系纟辩昉法。
背景技术：
车辆行驶控制系统包^S样的布置路^it^控制系统，车道边界保持控 制系统，转向转矩辅助控制系统和转向角辅助控制系统。这样的行驶控制系统 依赖于多个传麟、控制器和致动器，且可以包括可视车道确定系统的〗顿。 然而，这样的系统典型地依鹏接响应于车舰界保赚制的模式，而不是直 接响应于车道居中控制的模式，这会不利地麟糊在行驶车道中较小的横向 变化。 、因此，在本领域中需要一种车道居中控制系统和方》妹提供预先分析以克 服这徵陷。发明内容本发明的一个实施例包括一种用于带用户可操作的转向设备的车辆的车道 居中控律啲系统。该系统包括感应车速、偏航角繊和转向设备角度的传感器 组；被配置用于it5宗糊目标路径的目标路^^宗器；响应于传繊纟脉预测 车辆路径的处理器；响应于传感器组、目标路^^宗器、处理器并生成车道居 中控制信号的控制器；以及响应于控制信号并为转向设备生成转向辅助的主动 前轮转向致动器。控制器包括响应于可执行指令的处理电路，用于为转向设备 生成转向辅助以减小预测路径和目标路《经间的差，从而用于保持车辆的车道 居中。本发明的另一个实施例包括一种用于带用户可操作的转向设备的车辆的车 道居中控制的方法，该车辆布置繊过目标路径。感应车速、偏航角繊和转 向设备角度；追踪车辆的目标路径；感应车辆的预测路径。通皿感应的车速、 偏航角速度和转向设备角度作出响应，并响应于关于车辆的目标路径和预测路 径的信息，生鹏道居中控制信号。响应于车道居中控制信号，致动主动前轮
转向致动器为转向设备生成转向辅助以减小预测路径和目标路径之间的差，从 而用于保持 的车道居中。
参考示例性附图，其中类似的元件細类似的附图标己，在附图中-图1以示意图形式示出根据本发明的实施例的供使用的示范性车辆； 图2以框图形式示出根据本发明的实施例的示范fffi制方案； 图3以框图形式示出本发明的实施例的实施方式； 图4一6以框图形式示出根据本发明的实施例的示范鹏制方案； 图7以流程图形式示出根据本发明的实施例响应于剝權带腊号的示范性 逻辑状态流程图。
具体实施方式
由各个图和随附的文本所示出和描述的本发明的实施例，提供了一种用于 带用户可操作的转向设备和计Ml控制的转向致动器的车辆的车道居中控制的系统和方法，该转向设备一般但不是必需地由驾驶员手动操作。目标路^i^踪器i^ 糊的目标路径，并将目标路径信息鄉给控制器，该控制親皮配置用 于根据系统输入确定车辆的预测路径，分析目标路径和预测路径之间的差，并在路^ilS宗过程中为辅的驾驶员鹏非侵A^的和预测的转向辅助。如这里 <顿的，术语非侵入式意喊驾驶员可以容易地并且无需太努力地克服由主动 鹏转向(AFS)致动器麟的车道居中控制转向辅助，其M主动转向与驾 驶员的手动转向的相加或相M^提供。虽然这里描述的示范性实施例描绘了一 种四轮车作为示范性，，但是应当认识到本发明也可以应用于具有任何数量 的轮子的其他车辆，如三轮车或多轮汽车。虽然这里描述的示范性实施例描绘 了一种方向盘作为使 转向的设备，但是应当认识到本发明也可以应用于其 它转向设备，如操纵杆。为了理解这里公开的本发明，首先将这里使用的+斜己名称列表鄉如下 (下面的变量在图2中示出)p ii^各曲率9相对于车道中心线的 5方位角S ff转向前馈控制命令s fc转向偏航角皿反馈控制命令 s戸基于路径预览的转向控制命令 s ^总的转向控制命令、糊期望的繊角舰 测量的繊角舰Ar期望值和测量值之间的偏航角3Ut^ vx糊纵向繊 (下面的體在图4中示出)X预测路径的纵向距离纵向积分步长 f预测路径的横向偏移 Af横向积分步长 V预测路径的^ 航角度 △ V ，偏航角度积分步长Py估算的车辆横向3M f估算的辆偏航角舰x估算的，状^^* (下面的变量在图5中示出) Sf来自传感器的方向盘角度 r来自传自的，M[角速度 u来自传感器的车辆纵向皿 yt目标路径的横向偏移 j)预测路径的横向偏移 U控制输入向量 Wi加权因子 F自由响应函数 g(t)控制响应函数 T预览时间 g重力L糊轴距K糊转向不縣数现在参考图l，示出了带有方向盘105 G^S也称为转向设备)的，IOO 的示范性实施例，方向盘105可操食Mk与戶脱糊100的臓110相连。用于 感应车速、偏航角皿和转向设备角度的传 组115被酉遭并适当地设置在 车辆100内，用于其相应的感应目的。车道传感器117朝向牟辆100的前端设 置，用于衝將关糊的固定坐标的信息，如it^各曲率P 170、糊方位角6 175(示于图2中)以及，横向位移。在一个实施例中，目标路^i^器是存储 在存储器120中的算法(algorithm)，其根据车道传 输入及其它可用系统(如果有的话)，如视觉或雷达系统122、带，定位系统传 的地图繊 库，来确定，目标路径。在一个实施例中，车道传感器117和视觉/雷达系 统122，據成地體。因此，车道传麟117可被认为細于探测目标路径的 一般车道感应设备，其可以在功能上被扩展为包括或并入其它可能的感应设 备，如视觉/雷达系统122、带铺定位系统传麟的地图娜库、或其它适 于这里公开的目的的传感器系统。处理器125被配置且设置成响应传感器组 115，以预测糊的路径。控制器130被配aa设置成响应传麟组115、目标 路^I^器和处理器125，并^^道居中控制信号135。主动鹏转向(AFS) 致动器140被酉擅且设置成响/S^制信号135，并为转向设备105生成转向辅 助145。控制器130包括处理电路150， ^M酉虔且體成响应可执行指令， 用于为转向设备105 ^向辅助145以减小预测路径和目标路4经间的差， 从而用于,车辆的车道居中。在一个实施例中，处理器125和处理电路150 丰M成地设置。现在参考图2，控制信号5 ^ (t) 135响应用于快速响应的前馈控制信号 5 "t)155、用于偏航角速度干扰排斥和稳定性的偏航角速度反馈控制信号S fc (0 160以朋于平滑路^gjl宗的路径预览控帝膽号S戸(t) 165。由前馈控 制块157 J^共的前馈控制信号155基于由目标路^I^器舰车道传繊117 樹共的目标路径170的感应曲率P和感应方位角0 175。由反馈控制块162提 供的 [角皿反馈控制信号160基于期望的偏航角皿r&，来自目标路径的
感应曲率P和糊的纵向驗、，禾口观懂的偏航角速度r^，以麟期望值和 测量值之间的偏航角速度误差Ar。来自于路径预览控制块167的路径预览控 库瞻号165基預自于传麟组115的信号，和来自于目标路^tli享器的有关 目标路径的车道中心线信息。积分器180和185组合如图2中所示的控制信号， 并向控制逻辑块195 Jl^预输出信号190，其还响应一组用于控制控制信号135 的可操作性的条#^制言号200。在一个实施例中，It^且^f，制信号200包 括响应启动条件205的信号、响应操作条件210的信号、响g动条件215的 信号、或具有战剝牛中的至少一个的组合。在一个实施例中，车辆100还可以包括控制车辆巡航的自适应巡航控制 220、提供指示车辆从车道居中控制条件偏离的警报信号的车道偏离警报(LDW) ， 225、用于启动车道居中控制信号135的第一开关230、用于启 动自ii^fdS制220的第二开关235和用于启动车道偏，手g置225的第 三开关240。在一个实施例中，自ffi巡，制220是基于处理器的控制，其 与控制器130集成。在另一实施例中，糊100还包括方向指示开关245和制 动开关250，以及如果装备了的话，通常由控制器130中的参考^H己255标 的防锁制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和车辆稳定性控制系统(VSCS)的状态，并且其每一，常是本领域中已知的。在一个实施例中，示范性的启动斜牛组205包括如下所有检测用户对启 动车道居中控制信号B5的请求；检测用户对启动糊的自^i^鹏制220 的请求；检测用户对启动车道偏离警^^S 225的请求；以及检测传徵合控制 器130的所有输入信号如来自传/ifl组115和车道传感器117的信号是正常的。 在一个实施例中，示范性的操作f^牛组210包括如下所有3M^制器B0 检测车道偏离警,^S 225被接合；3!jffi带職130检测自it^鹏制220 被接合；S3ffi制器130检测车速在限定的范围内；aiffi制器130检测糊 纵向加鹏和横向加鹏小于限定的值；Miffi审U器130检测向前的目标路径 曲率大于限定的值；如驟备了的话，i!3ffi制器130来检测防锁制动系统、 牵引力控审孫统和^l定'鹏制系统255 开的状态;并JJliffi制器130 检测驾驶员的手在转向设备上，其可3M设置在方向盘105的触觉传繊260 来提供。在一个实施例中，当控制系统中的任一系统被检测为是有效的时，车 道居中控制将被停用。
在一个实施例中，示范性的致动剝牛组215包括如下所有M3ffi制器130 检测方向指示开关245被关断；M3ffi制器130检测帝恸开关250 |鉄断通 鹏制器130检测转向设备角度小于限定的值；并M3ffi制器130检测转向 设备角度变化率小于限定的值。鉴于以谓车道居中控制系统的描述，应当认识到车道居中控制的方法也 处于所要求的发明的范围内，现在将对其进行更详细地描述。参考图3， jta传繊115感应车速、偏航角鹏和转向设备角度，舰 目标路^ESg器基于从车道传，117的感应方位角8 175的输AiE^:ffi 100 的目标路径265，并^iilM预测路径处理器275预测预测路径270，预测路径 处理器275题制器130的1分且在图4中以更详细的框图示出(在下面被 进一步讨论)。响应所感应的车速、偏航角速度和转向设备角度，并响应有关 糊的目标路径和预测路径的信息，控审幡130生鹏道居中控制信号135， 并响应车道居中控制信号，主动ltff&转向致动器140被致动以在一个方向上为 转向设备105 ^t向辅助以辅助减小预测路径和目标路4经间的差，其通常 由箭头280表示，从而用于保持车辆的车道居中。用于生鹏道居中控帝瞻号135的控制器130内的逻辑流程在上文已参考 图2进行了描述，并且其可用于其对公开的方法的适用性的参考。现在参考图4，预测路径处理器275接 自传自组115的输入，Mil 图4中戶标的式l一4执行辅动力学估算(参见上面樹共的名称列表)，通 过图4中所示的式5—6执行^g动学估算， #^下述作为输出值用于建 立预测路径270:预测路径的纵向距离(》)；预测路径的横向偏移("； 和预测路径的 偏航角速度(V)。预测路径信息被图2中的路径预览控 制块167采用用于建ijg各径预览控制信号165。现在参考图5，其示出路径预 览控制块167的更详细的视图，关^f页测路径270的信息与关于目标路径265 的信息相比较，然后駄算法285中以确定性能指数J，性能指数J是随时间 (t)积分的目标路径的横向偏移(y)、预测路径的横向偏移(y-hat)、加权 因子(w)、和预览时间(T)的函数。接着性能指数进入第二算法290中以 确定控制输入向量(U)，其响应自由响应函数F (t)和控审鹏应函数g(t), 并且皿路径预，制信号165。对于关于目标路径265的信息，目标路^I^器处理输入信息以通il^物
线计算逼近目标路径265，或者确定前向车道的曲率P 170和方位角(或相对 于车道的角度)"75。在第一实施例中，可从现有技术获得的车道感应系统(可替换地称为视觉 传感器或视觉感应系统)提供车道的左和右横向偏移^和G、相对于车道的 角度(或方位角)e、和车道曲率P作为输入信息。接着，目标路^iti宇、器根 据下式按照抛物线5j61i5目标路径265:A = ax2 + fcc + c其中G-0o/2)(l + tanW2)c = (l/2)KV> x标目标路径的纵向距离，且yt表示目标路径的横向偏移。在第二实施例中，可从现有技术获得的另一车道感应系统(可替换地称为 视觉传驗或视觉感顿统)麟用于舰目标路径265的抛物线的系数作为 输入信息。此处，抛物线、得至啲方位角9和车道曲率P由下述给出少,=ox2 + fax + c其中，/7 = (2")/(1 + 62),现在参考图6，更详细地示出了前馈控制信号155的输入/输出参数。此 处，基于道路曲率P 、辩由距L、车辆的转向不足系数K、糊纵向鹏vx 和重力g的值，根据图6中示出的等式确定第一前馈命令6m，以及基于方位 角e 、道路曲率P 、车速v,和预览时间AT，根据图6中示出的等式确定第二 前馈命令S^借助图2的控制逻辭,得到的前馈控制信号155来确定车道 居中控制信号135。现在参考图7，示出了状态流程图295，其表示^fm制信号对车道居中 控制信号135的启动/停用和致动/无效的作用。在状态、 图295的开始300 处开始并向下进行(右侧)，车道居中控制系，初是关断的305，直到之前駄的启动割牛205启动、之fr^的操作斜牛210被检测到、以及之itri^
的致动剝牛215 l嫩测到为止，掛匕时车道居中控制系统被接合320。在状态 凝呈图的接合框320处开始并向JLi4行，响鹏制器130没有检测到适当的启 动割牛，车道居中控审係统和信号135被关闭305。响鹏制器130没有检测 到适当的致动剝牛，逻辑状态移动至lj启动框310，并且响離审幡130没有检 测到适当的启动^#，车道居中控制系统和信号135被关闭305。在状态 图的操作连接点315处开始并向JJt行，响鹏制器130没有检测至隨当的操 作割牛，逻辑状态移动到启动框310，并且响应控制器没有检测至隨当的启动 斜牛，车道居中控制系辦B信号135被关闭305。虽然本发明的实施例被描述 和示为应用特定的启动、操作和致动条件，但是应当理解在不脱离本发明的范 围的情况下也可以应用其他和域不同的条件和组合，并且这些其他^#和组合 旨在落Ai^里公开的本发明的范围内。由前述应当认i烟ij，在控制器130处执行的用于确定接飾是脱开车道居 中控制信号135的逻辑计算还可以基于用预定输入参数的特定阈值。例如， 控制信号135可以只有当车速在限定的范围内、，纵向力口皿和横向力口速度 小于限定的值、向前的目标路径曲率大于限定的值、转向设备角度小于限定的 值、或者转向设备角度变化率小于限定的值时才被接合。在这些阈值剝牛适当 的情况下，转向辅助可以被脱开以便不与排除故障机动相冲突。本发明的实施例可以以计^m执行的过程和用于实施那些过程的设备的形 式来具体体现。本发明也可以以计算机，产品的形式来具体体现，所述计算机禾，产品具有包含^在有形介质中的指令的计敦几禾sm戈码，所述有形介质例如是软盘，CD-ROM， fi鹏，USB (通用串行总线)驱动，或招可其他计 算机可读存储介质，例如只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)和 可擦可编程只读存储器(EPROM)，其中，当计算机禾li^代码被载入计算机并被计^m执行时，该计ML成为实施本发明的设备。本发明的实施例还可以以计算m^ft码的形式来具体体现，所述计Ml禾Ii^^码例如或者存储在存 储介质中，itA计^lfl禾P/或被计Ml执行，或者JM光纤^M31电M射在一 些传输介质上，例如在电线或电缆上被传输，其中当计算mfSi^戈码被mA计 算机并被计^^几执行时，该计Ml成为实施本发明的设备。当在通用微处理器上实施时，计嶽几禾Mm戈码段配置微处理器来^:特定的逻辑电路。可执行指令的技术作用是为车辆的方向^生转向辅助来减小预测路径和目标路径之间
的差，从而用于保持ffi的车道居中。如所公开的，本发明的一些实施例可以包括如下一，点为驾驶员皿 了非侵入式和预观啲转向辅助；由于采用了主动臓转向(AFS)致动器而不 是辦巨叠加设备，如电动转向(EPS)致动器，驾驶员感觉到较小的辦巨侵入; 通过调整系统响应阈值参数，车道居中控制系统可扩展舰车道改变或排除故 P對几动的控制；将主动f^转向致动器用于稳定'鹏制和车道居中；组合前馈、 反馈和基于预览的控制来确保快速禾呼滑的车道居中响应，除了偏航稳定性之 外，并且车道居中控制系统被引导来保持车辆的车道居中，与保持，在限定 的边界内相反，其可能是大的并且导致不希望有的摇摆。虽然已经参考示范性实施例对本发明进行了描述，但本领,术人员应当 理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行多种改变并且等效物可以替代 本发明的元件。另外，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行多种修改以使 特定瞎形或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不旨在局限于作为用于实 施本发明的最佳或唯一模式公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权 禾腰求范围内的所有实施例。另外，在附图和说明书中，存在本发明的公开的 示范性实施例，并且尽管可以釆用特定术语，但是除非另有说明，它们仅用于 一般和说明的意义并且不用于限制的目的，因此本发明的范围没有被如此限 制。而且，术语第一、第二等的使用并不表示任何 :^或重要性，而是术语第 一、第二等用于区f个元件与另一个元件。另外，术语一、 一个等的j顿并 不表示数量的限制，而是 ^存在至少一个所弓阅项。
权利要求
1、一种用于带用户可操作的转向设备的车辆的车道居中控制的系统，包括用于感应车速、偏航角速度和转向设备角度的传感器组；被配置用于追踪车辆的目标路径的目标路径追踪器；响应传感器组用于预测车辆的路径的处理器；响应传感器组、目标路径追踪器、和处理器，并生成车道居中控制信号的控制器；以及响应控制信号并为转向设备生成转向辅助的主动前轮转向致动器；其中控制器包括响应可执行指令的处理电路，用于为转向设备生成转向辅助以减小预测路径和目标路径之间的差，从而用于保持车辆的车道居中。
2、 如权利要求l戶腿的系统，其中目标路^^^器包括视觉系统。
3、 如权利要求2戶腿的系统，其中目标路^I^器进一步包括雷i^系统、 带全球定〗錄统传繊的地图 库，或两者的组合。
4、 如权利要求1所述的系统，其中控制信号基于目标路径的感应的曲率和感应的方位角响应前馈控审赔号。
5、 如权利要求4戶脱的系统，其中控制信号基于目标路径的感应的曲率 响应反馈控制信号。
6、 如权利要求5所述的系统，其中控制信号基于来自传自组的信息和 有关目标路径的信息响i^射舒页览控制信号。
7、 如权利要求1爿腿的系统，其中控制信号响应用于控制控制信号的可 操作性的条^^制信号组。
8、 如权利要求7戶腿的系统，其中该剝瞎制信号组包括响应启动剝牛、 操作条件、致动条件、或包含，条件中的至少一个的组合的信号。
9、 如权利要求8所述的系统，其中，包括自适应巡fdS制、车道偏离 警报装置、用于启动车道居中控制信号的第一开关、用于启动自适应巡繊制 的第二开关、和用于启动车道偏离警^碟置的第三开关；并且进一步地，其中:启动条件包括下述全部检测对启动车道居中控制信号的请求；检测对启 动车辆的自il/a鹏制的请求；检测对启动车道偏离警J機置的请求；以及 检测至控制器的所有输入信号是正常的。
10、 如权利要求8戶满的系统，其中糊包括自iii^鹏制、车道偏离 警报装置、用于启动车道居中控制信号的第一开关、用于启动自iS^，制 的第二开关、和用于启动车道偏离警m^置的第三开关；并皿一步地，其中:操作条件包括下述全部检观阵道偏离警报驢被接合；检测自适应巡航 控制被接合；检测车速在限定的范围内；检澳阵辆纵向加鹏和横向加鹏小 于限定的值；检测前向目标路径曲率大于限定的值；以及检测用户可操作地与 转向设,触。
11、 如权利要求10戶脱的系统，其中糊进一步包括防锁第恸系统、牵 引力控制系统、和^l定性控制系统中的至少一个；并M—對也，其中操作^j牛包括检测防锁制动系统、牵弓l力控制系统、和车辆稳定性控制系 统中的iM少一个M^开的状态。
12、 如权利要求8戶脱的系统，其中糊包括方附旨示开关和制动开关； 并皿一步地，其中致动剝牛包括下述顿检观仿向J际开关被关断；检测制动开关被关断; 检测转向设备角度小于限定的值；以及检测转向设备角度变化率小于限定的 值。
13、 一种用于带用户可操作的转向设备的车辆的车道居中控制的方法，该 糊被布置繊过目标路径，该方舰括感应车速、偏航角繊和转向设备角度；鹏辅的目标路径； 感应糊的誦路径；响应感应的车速、偏航角速度和转向设备角度，并响应有关车辆的目标路 径和预测路径的信息，生鹏道居中控制信号；以及响应车道居中控制信号，致动主动前轮转向致动器以便为转向设备生成转 向辅助以减小预测路径和目标路径之间的差，从而用于, 的车道居中。
14、 如权利要求13所述的方法，其中所^il^包括基于视觉传^l对目 标路鄉鄉享。
15、 如权利要求14所述的方法，其中所^iij^一步包括基于雷达系统、 带，定1^统传 的地图 库、或两者的组合对目标路^s^i^。
16、 如权利要求13所述的方法，其中所述生 道居中控制信号包括响应前馈控制信号基于目标路径的感应的曲率和感应的方位角生成车道居中控制信号。
17、 如权利要求16戶，的方法，其中所述生^道居中控制信号进一步 包括响应反馈控制信号基于目标路径的感应的曲率生鹏離中控制信号。
18、 如权利要求17所述的方法，其中所述生成车道居中控制信号进一步 包括响应路径预览控审瞻号基于来自传 组的信息和有关目标路径的信息生 辭道居中控制信号，该路径预鹏制信号用于鄉平滑的路^i1^。
19、 如权利要求13臓的方法，其中臓生鮮道居中控制信号包括响 应用于控制车道居中控制信号的可操作性的条{^制信号组生成车道居中控制 信号，其中该条#^制信号组包括响应启动条件、操作条件、致动条件、或包 含战斜牛中的至少一个的组合的信号。
20、 如权利要求19所述的方法，其中启动条件包括下述全部检测对启 动车道居中控制信号的请求；检测对启动车辆的自适应巡繊制的请求；检测 对启动车道偏离警^S的请求；以及检测ffi的所有诊断信号是正常的。
21、 如权利要求19所述的方法，其中操作^j牛包括下述全部检测车辆 的车道偏离警手瞎置被接合；检测糊的自鹏巡航控制被接合；检测车速在 限定的范围内；检测车辆纵向加速度和横向加速度小于限定的值；检测前向目 标路径曲率大于限定的值；以及检测用户可操作地与转向设^^M。
22、 如权利要求21所述的方法，其中操作条件进一步包括检测车辆的防 锁制动系统、牵弓l力控制系统和车辆稳定性控制系统中的至少一个被脱开的状 态。
23、 如权利要求19所述的方法，其中致动劍牛包括下述全部检测 的方向指示开关被关断；检测糊的制动开关被关断；检测转向设备角度小于 限定的值；以及检测转向设备角度变化率小于限定的值。
全文摘要
本发明涉及用于车道居中控制的方法和系统。公开了一种用于带用户可操作的转向设备的车辆的车道居中控制的系统。该系统包括用于感应车速、偏航角速度和转向设备角度的传感器组；被配置用于追踪车辆目标路径的目标路径追踪器；响应传感器组用于预测车辆的路径的处理器；响应传感器组、目标路径追踪器、和处理器并生成车道居中控制信号的控制器；以及响应控制信号并为转向设备生成转向辅助的主动前轮转向致动器。该控制器包括响应可执行指令的处理电路，用于为转向设备生成转向辅助来减小预测路径和目标路径之间的差，从而用于保持车辆的车道居中。
文档编号G05D1/02GK101162395SQ20071016768
公开日2008年4月16日 申请日期2007年10月11日 优先权日2006年10月11日
发明者H·张, W·邓, Y·H·李 申请人:通用汽车环球科技运作公司