车道偏离防止系统的制作方法

专利名称：车道偏离防止系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于防止车辆偏离行车道的系统。
背景技术：
在用于防止车辆偏离行车道的车道偏离防止系统中，选择性地将制动力施加于车轮上，从而给予车辆横摆力矩。
在这样的系统中，由于通常是通过将制动力选择性地施加到车轮上以产生横摆力矩，从而使车辆减速，所以，可能会给驾驶员带来不适感。
另一方面，当车辆倾向于偏离行车道时，通过适当转向，可给予车辆横摆力矩，然而根据车辆相对于行车道的某种状态(诸如横摆角等)，仅通过转向不可能给予车辆所希望的横摆力矩。

发明内容
本发明的车道偏离防止系统能根据车辆的行驶状态最适宜地防止车道偏离，而不会给驾驶员带来不适感。
本发明的车道偏离防止系统包括位置检测装置，其用于检测车辆相对于行车道的位置信息；判断单元，其用于将位置信息与第一阈值进行比较，并且根据该比较结果，判断车辆即将发生偏离行车道的倾向，该第一阈值表示相对于行车道的预定位置关系；以及横摆力矩施加单元，其用于当判断单元判断车辆倾向于偏离行车道时，根据车辆的行驶状态，向车辆施加横摆力矩，并在第一种方法和第二种方法之间进行切换，以向车辆施加横摆力矩，所述第一种方法仅通过使车轮转向从而向车辆施加横摆力矩，所述第二种方法通过使车轮转向并选择性地向车轮施加差动的制动力，从而向车辆施加横摆力矩。
在本发明的车道偏离防止系统中，由于当判断单元判断车辆倾向于偏离行车道时，根据车辆的行驶状态，选择性地切换如下两种方法即，仅通过使其车轮转向以给予车辆横摆力矩的方法，和通过使其车轮转向并选择性地向车轮施加制动力以给予车辆横摆力矩的方法。所以，可以根据车辆行驶状态来最适宜地防止车辆偏离行车道，而不会给驾驶员带来不适感。


结合附图并参考如下描述，可更加完整的理解本发明的车道偏离防止系统及其优点，其中图1是描述装有本发明车道偏离防止系统的车辆的实例的示意结构图；图2是显示通过车道偏离防止系统的控制器执行处理的细节的流程图；图3是显示估算横向位移Xs或偏离阈值XL的图；图4是确定由控制器执行的车道偏离控制方法的处理的流程图；图5是显示行驶车道的曲率β和第一控制阈值Xβ之间的关系的曲线图；图6是显示路面的摩擦系数μ和第二控制阈值Xμ之间的关系的曲线图；图7是显示车速V和增益K2之间的关系的曲线图；图8A和8B显示车道偏离控制根据车辆相对于行车道的行驶状态而变化的图；图9A和9B显示车道偏离控制根据路面的摩擦系数μ的变化而变化的图；图10A、10B和10C显示车道偏离控制根据偏离程度而变化的图；以及图11是确定由控制器执行的车道偏离控制方法的处理的流程图。
具体实施例方式
尽管所附权利要求不限于图示实施例，但通过对本发明不同实例的描述，可更好的理解本发明系统的各个不同方面。
图示实施例所描述的是安装在具有车道偏离防止系统的后轮驱动车辆上的实例。该车辆装有自动变速器、传统的差速器，以及用于独立地控制施加于左、右、前、后车轮上的制动力的制动系统。
另外，该车辆的前后轮可同时转向。这种车辆的实例可包括具有前主动转向系统(front active steering system)和后轮转向系统的车辆，或具有所谓的线控转向(steer-by-wire)系统的车辆，该前主动转向系统能够改变驾驶员人工操作的方向盘的角度和前转向轮的转向角。本实施例可应用于所有这些类型的车辆。
图1是显示本发明车道偏离防止系统的实例的结构示意图。
如图1所示，制动系统包括制动踏板1、助力器2、主缸3，以及储液罐4。通常，根据由驾驶员对制动踏板1的踩下程度，通过主缸3增压的制动液压供给到各车轮5FL～5RR的各车轮液压缸6FL～6RR中。然而，制动液压控制单元7可设在主缸3和各车轮液压缸6FL～6RR之间，并且各车轮液压缸6FL～6RR的制动液压可单独地受制动液压控制单元7控制。
例如，用于防滑控制或牵引力控制的制动液压控制回路可用作制动液压控制单元7。在该实施例中，制动液压控制回路可独立地使各车轮液压缸6FL～6RR的制动液压增压和降压。根据从如下描述的控制器8发送的制动液压指令值，制动液压控制单元7控制各车轮液压缸6FL～6RR的制动液压。
例如，制动液压控制单元7在其液压供给系统中包括调节器。该调节器的实例可包括比例电磁阀，该比例电磁阀用于将各车轮液压缸中的每一个液压缸的液压控制为任何适当的值。
此外，该车辆设有驱动转矩控制单元12，该驱动转矩控制单元12通过控制发动机9的运转状态、自动变速器10的选择变速比以及节气门11的节气门开度，控制在该情况下作为驱动轮的后轮5RL和5RR的驱动转矩。例如，通过控制燃油喷射量或点火正时，同时通过调节节气门开度，可控制发动机9的运转状态。驱动转矩控制单元12将驱动转矩值Tw发送到控制器8中。
该车辆还设有用于控制前轮5FL和5FR转向的前轮转向控制单元15，以及用于控制后轮5RL和5RR转向的后轮转向控制单元16。前轮转向控制单元15和后轮转向控制单元16根据从控制器8接收到的转向指令值来控制转向。
此外，该车辆设有具有图像处理能力的摄像单元13。该摄像单元13用来检测车辆的任何车道偏离倾向，并且用于检测车辆在行车道中的位置。作为示例，该摄像单元13可包括单眼CCD(电荷耦合装置)照相机。摄像单元13设置在车辆前部。
摄像单元13从车辆前方的图像中检测例如白线等的车道标志，并且从检测到的车道标记确定行驶的车道。此外，摄像单元13根据检测到的车道，计算由行车道和车辆的纵向轴线形成的角度(横摆角)φ、车辆距车道中心线的横向位移X，以及车道曲率β。摄像单元13向控制器8传送表示横摆角φ、横向位移X以及车道曲率β(道路半径R)的信号。
该车辆还装备有导航装置14。导航装置14检测车辆的纵向加速度Yg、横向加速度Xg或横摆角速度φ′。导航装置14将表示纵向加速度Yg、横向加速度Xg以及横摆角速度φ′的信号，连同道路信息传送给控制单元8。该道路信息可包括车道数量和用于指示道路是普通道路还是高速公路的道路类型信息。
另外，该车辆设有主缸压力传感器17，其用于检测主缸3的输出压力(即，主缸液压Pmf和Pmr)；加速器开度传感器18，其用于检测加速踏板的踩下程度(即，加速器的开度θt)；转向角传感器19，其用于检测方向盘21的转向角δ；方向指示开关20，其用于检测方向指示器的方向指示操作；以及轮速传感器22FL～22RR，其用于检测各车轮5FL～5RR的转速(即，所谓的轮速Vwi(其中，i＝fi、fr、rl、rr))。然后，将传感器的检测信号发送到控制器8中。
当车辆行驶状态的检测数据包括左右方向性时，假定左方向是正方向(则右方向是负方向)。即，当车辆向左转时，横摆角速度φ′、横向加速度Xg以及横摆角φ为正值。当车辆从行驶的车道中心线向左偏离时，横向位移X为正即正值。另外，纵向加速度Yg在加速时为正即正值，在减速时为负即负值。
现在参考图2描述通过控制器8执行的计算处理。借助每个预定采样周期ΔT(例如，10毫秒)的定时中断执行计算处理。尽管在图2的计算处理中没有特别地设置通信处理，但根据需要可对通过计算处理获得的信息进行更新并存储在储存装置内，而且根据需要随时可从储存装置中读出必要信息。
首先，在计算处理的步骤S1中，可以从传感器、控制器，以及控制单元中读取各种数据。具体而言，这些读取的信息包括路面的摩擦系数，其通过路面摩擦系数估算单元23而获得；通过导航装置14获得信息，例如纵向加速度Yg、横向加速度Xg、横摆角速度φ′，以及道路信息；以及通过各传感器检测的信息，例如轮速Vwi、转向角δ、加速器开度θt、主缸液压Pmf和Pmr、方向指示开关信号、来自驱动转矩控制单元12的驱动转矩Tw、横摆角φ、横向位移X，以及行车道的任何曲率β。
随后，在步骤S2中，计算车速V。具体而言，根据步骤S1中读取的轮速Vwi，由如下公式(1)计算车速V在前轮驱动的情况下，V＝(Vwrl+Vwrr)/2在后轮驱动的情况下，V＝(Vwfl+Vwfr)/2 …(1)Vwfl和Vwfr是左右前轮各自的轮速，Vwrl和Vwrr是左右后轮各自的轮速。即，将车速V计算为公式(1)中的从动轮的轮速的平均值。因此，在该实施例中，由于是将后轮驱动车辆作为实例描述，所以，根据后面的公式计算车速V，即，后轮的轮速。
上述计算出的车速V优选地用于正常的行驶操作。例如，当启动ABS(防抱死制动系统)控制时，在ABS控制中估算的车辆速度可用作车速V。另外，用作导航装置14中导航信息的值也可用作车速V。
随后，在步骤S3中，根据车辆相对于行车道的位置比较结果及其预定阈值，来确定偏离车道的倾向。具体而言，利用横摆角φ、行车道的曲率β、在步骤S1中获得的车辆的当前横向位移X0，以及在步骤S2中获得车速V，首先根据如下公式(2)计算估算的未来横向位移Xs(参见图3)Xs＝Tt·V·(φ+Tt·V·β)+X0…(2)Tt是用于计算前方注视点距离的车头时间(headway time)，该前方注视点距离通过车速V乘以车头时间Tt获得。即，在经过车头时间Tt后，车辆距车道中心线的横向位移的估算值是未来的估算横向位移Xs。
如在公式(2)中明显看出，估算横向位移Xs随着横摆角φ增大而增大。
通过将估算横向位移Xs与预定的偏离阈值(有效横向位移)XL进行比较，以判断偏离车道的倾向，根据偏离阈值XL通常可判断车辆偏离行车道的倾向，该偏离阈值XL通过常规实验获得。例如，偏离阈值XL是指示行车道的边界线位置的值，并且根据如下公式(3)计算(参见图3)。
XL＝(L-H)/2(＞0) …(3)这里，L是车道宽度，H是车辆宽度。车道宽度L从摄像单元13处理的拍照图像中获得。另外，车辆的位置可从导航装置14中获得，或者车道宽度L可从导航装置14的地图数据中获得。
当满足如下公式(4)时，确定车辆正倾向于偏离车道，并将偏离标记Fout设定为ON(Fout＝ON)|Xs|≥XL…(4)另一方面，当满足如下公式(5)时，确定车辆不倾向于偏离车道，并将偏离标记Fout设定为OFF(Fout＝OFF)|Xs|＜XL…(5)这里，根据横向位移X确定偏离方向Dout。具体而言，当车辆从行车道中心线向左横向偏离时，把左方向设为偏离方向Dout(Dout＝向左方向)，当车辆从行车道的中心线向右横向偏离时，将右方向设为偏离方向Dout(Dout＝向右方向)。
以这种方式，在步骤S3中判断车道偏离的倾向。
阈值XL可以是L/2(指示与车道相同位置)，还可以大于L/2(指示车道外部)。车道偏离防止控制处理的起动时间可通过调节阈值XL来调节。另外，可以通过将阈值XL与车辆的当前横向位移X0而不是前方注视点处的估算横向位移Xs进行比较，从而判断车道偏离。
这样，当车辆实际偏离车道时、在车辆偏离车道前、或在车辆偏离车道后，根据阈值XL的设定值，将偏离标记Fout设定为ON。
在步骤S4中，判断驾驶员的改变车道意图。具体而言，根据步骤S1中获得的方向指示信号和转向角δ，按下述方式判断驾驶员的改变车道意图。
当通过方向指示信号指示的方向(闪光信号灯或方向指示灯的右侧或左侧灯)与在步骤S3中获得的偏离方向Dout相同时，确定驾驶员有意识的改变车道，并且将偏离标记Fout改变成OFF(Fout＝OFF)。即，将车辆正倾向于偏离车道的信息改变为车辆未倾向于偏离车道的判断结果。
另外，当通过方向指示信号指示的方向与在步骤S3中获得的偏离方向Dout不相同时，保持偏离标记Fout不变，即，将偏离标记Fout保持为原样“ON”(Fout＝ON)。即，保持车辆倾向于偏离车道的判断结果。
另外，当未操作方向指示开关20时，根据转向角δ判断驾驶员是否有意识的改变车道。即，当驾驶员在偏离方向使车辆转向、并且转向角δ和转向角的变化量(每单位时间的变化量)Δδ分别大于或等于预定值时，判断驾驶员有意识的改变车道，并且将偏离标记Fout改变成OFF(Fout＝OFF)。
当偏离标记Fout是ON、并且驾驶员并非有意识的改变车道时，将偏离标记Fout保持为“ON”。
随后，在步骤S5中，当偏离标记Fout为ON时，产生可听见或可看到的警报，以便提醒驾驶员车道偏离。
随后，在步骤S6中，确定车道偏离防止控制的细节。具体而言，根据路面的摩擦系数μ和行车道的形状，确定是否通过使车轮转向或向车轮施加制动力来实施车道偏离防止控制。
图4显示用于如此确定的计算处理的一个实例。
首先，在步骤S21中，将通过从步骤3中计算的估算横向位移Xs减去有效横向位移XL获得的相减值(subtraction value)(|Xs|-XL)与第一控制阈值Xβ比较。相减值(|Xs|-XL)指示车辆偏离行车道的偏离程度。当相减值增加时，车辆的偏离程度增加。
第一控制阈值Xβ是基于车道曲率β设定的值。当车道曲率β朝着转弯车道外部变大时(即当弯道是急弯时)，将第一控制阈值Xβ设定成较小的值。
图5显示当偏离方向和弯道方向彼此相反时的车道曲率β和第一控制阈值Xβ之间的关系。如图5所示，当车道曲率β较小时，第一控制阈值Xβ恒定为较大值。当车道曲率β大于预定值时，第一控制阈值Xβ与车道曲率β成反比，并且当车道曲率β变成更大时，第一控制阈值Xβ恒定为较小值。即，一般说来，当车道曲率β增加时，第一控制阈值Xβ设定在较小值。
此外，根据横摆角φ也可确定第一控制阈值Xβ。在这种情况下，如图5所示，当横摆角φ较小时，第一控制阈值Xβ设定在较大的恒定值，当横摆角φ大于预定值时，第一控制阈值Xβ与横摆角φ成反比，并且当横摆角φ进一步增加时，第一控制阈值Xβ设定在较小的恒定值。
另外，根据车道曲率β和横摆角φ，也可设定第一控制阈值Xβ。在这种情况下，通过从基于车道曲率β设定的阈值和基于横摆角φ设定的阈值中选择较小的值，可确定第一控制阈值Xβ。
当满足以下公式(6)时，该流程转到步骤S22。
|Xs|-XL≥Xβ…(6)否则，即，当(|Xs|-XL＜Xβ)时，结束图4所示的流程(步骤S6)。在步骤S22中，将相减值(|Xs|-XL)与第二控制阈值Xμ进行比较。
第二控制阈值Xμ是根据路面的摩擦系数μ而确定的值，并且图6显示摩擦系数μ和第二控制阈值Xμ之间的关系。如图6所示，当摩擦系数μ较低时，第二控制阈值Xμ为恒定的较大值。当摩擦系数μ大于预定值时，第二控制阈值Xμ与摩擦系数μ成反比，并且当摩擦系数μ变大时，第二控制阈值Xμ为恒定的较小值。即，一般说来，当摩擦系数μ增加时，第二控制阈值Xμ变小。
当满足以下公式(7)时，在步骤S23中制动力差控制标记Fgs变成ON(Fgs＝ON)，并且结束在图4中显示的流程|Xs|-XL≥Xμ…(7)否则，即，当(|Xs|-XL＜Xμ)时，在步骤S24中制动力差控制标记Fgs变成OFF(Fgs＝OFF)，并且结束在图4中所示的流程。
在该流程中，当估算横向位移Xs大于或等于第一控制阈值Xβ，并且大于或等于第二控制阈值Xμ时，制动力差控制标记Fgs被设定为ON。
由于当车道曲率β增加时，第一控制阈值Xβ减小，或由于当路面摩擦系数μ增加时，该第二控制阈值Xμ减小，因此，能容易地将制动力差控制标记Fgs设定为ON。换言之，当车道曲率β减小，或摩擦系数μ减小时，能容易地将制动力差控制标记Fgs设定为OFF。
在图4中的步骤21和22是可互换的。即可首先执行与第二控制阈值Xμ的比较，然后再执行与第一控制阈值Xβ的比较。另外，也可仅执行与第一控制阈值Xβ或第二控制阈值Xμ的比较。
另外，在步骤S3中设定的偏离标记Fout的关系中，如公式(4)到(7)所示，在行车道的横向上，制动力差控制标记Fgs的判断位置可以比偏离标记Fout的判断位置更靠近外侧。即，例如，当只是估算横向位移Xs大于有效横向位移XL时，仅将偏离标记Fout设定为ON，但是，当估算横向位移Xs比有效横向位移XL大预定值(Xβ或Xμ)时，除了偏离标记Fout之外，制动力差控制标记Fgs也被设定为ON。换言之，当偏离标记Fout设定为ON但估算横向位移Xs不比有效横向位移XL大预定值(Xβ或Xμ)时，仅通过使车轮转向就可执行偏离防止控制。随后，当偏离行车道的程度增加、并且估算横向位移Xs比有效横向位移XL大预定值(Xβ或Xμ)时，通过选择性地向车轮施加制动力和使车轮转向来执行偏离防止控制。
如下所述，根据以上述方式设定的制动力差控制标记Fgs，执行通过使车轮转向或向车轮施加制动力进行的车道偏离防止控制。
随后，在步骤S7中，计算通过车道偏离防止控制向车辆施加的目标横摆力矩Ms。该目标横摆力矩是施加到车辆上以防止车辆偏离行车道的横摆力矩。
具体而言，利用步骤S3中获得的估算横向位移Xs和有效横向位移XL，由以下公式(8)计算目标横摆力矩MsMs＝K1·K2·(|Xs|-XL) …(8)K1是车辆说明书中定义的比例系数，K2是随车速V变化而变化的增益系数。
例如，如图7所示，增益系数K2在低车速V区域具有较大值，当车度V达到预定值时，增益系数K2与车速V成反比，此后，当车速V达到另一预定值时，K2具有恒定的较小值。
另外，当偏离标记Fout设为ON时，计算目标横摆力矩Ms，并当偏离标记Fout设为OFF时，目标横摆力矩Ms被设定为0。当偏离行车道(预定位置)变大时，将目标横摆力矩Ms设定为较大值。
从公式(8)中看出，目标横摆力矩Ms与相减值(|Xs|-XL)成比例，并且指示偏离行车道的程度。因此，步骤S7可在步骤S8后执行，并且目标横摆力矩Ms可与第一控制阈值K1·K2·Xβ比较，或与第二控制阈值K1·K2·Xμ比较。
随后，在步骤S8中，根据在步骤S6中确定的控制方法使各车轮5FL～5RR动作。
即，当偏离标记Fout设为ON、并且制动力差控制标记Fgs设为OFF时，在步骤S7中计算出的目标横摆力矩Ms通过使前轮或后轮转向而施加到车辆上。例如，可采用如日本特开平H7-10026号专利申请中所述的车轮转向用控制装置。在该装置中，考虑路面摩擦系数μ控制后轮转向。另外，可通过使所有四个车轮转向而将步骤S7中计算出的横摆力矩Ms施加到车辆上。
如上所述，当摩擦系数μ变小时，制动力差控制标记Fgs可容易的被设定为OFF。因此，当车辆倾向于偏离具有较低路面摩擦系数μ的车道时，主要是通过使车轮转向来执行车道偏离防止控制。
当偏离标记Fout和制动力差控制标记Fgs都为ON时，使预定车轮转向，并且将制动力差分别施加到预定的一对车轮上。具体而言，使左右后轮转向，并且将制动力差施加到左右前轮上。
此外，将制动力差仅施加到除转向的一对车轮(在本实施例中的后轮)以外的一对车轮(在本实施例中的前轮)上，然而，也可以将制动力差仅施加于转向轮或同时施加于前后轮上。制动力差不仅可以施加于前后轮上，而且还可以施加于左右轮上。即，通过增加前轮相对于后轮的制动力，可以进一步增强施加于前轮上的横摆力矩。具体而言，通过向左右前轮施加相同的制动力，同时使左右后轮转向，制动力差施加在前轮和后轮之间。
因此，如上所述，当路面摩擦系数μ变大时，制动力差控制标记Fgs可容易地被设定为ON。结果，当车辆倾向于偏离具有较高的路面摩擦系数μ的车道时，通过使车轮转向并且将制动力差施加于左右轮之间(或前后轮之间)来执行车道偏离防止控制。另外，当偏离标记Fout和制动力差控制标记Fgs同时都被设为ON时，可以使车轮转向的时机和施加制动力差的时机一致，或者也可以使之不一致。
另外，当判断车辆倾向于偏离行车道且驾驶员执行制动操作时，也可以通过该制动操产生的主缸液压(制动液压)加上制动力而使车辆减速。
另外，在步骤S5中报警的启动时机可与步骤S8中偏离防止控制的启动时机一致，或者可以比偏离防止控制的启动时机早。
控制器8控制主缸3的输出压力，以便执行车轮5FL～5RR的制动控制，控制器8还控制前轮转向控制单元15和后轮转向控制单元16，以便执行车轮5FL～5RR的转向控制。
下面描述上述流程中执行的一系列操作。
从各传感器等读取各种数据(步骤S1)，并且计算车速V(步骤S2)。接着，根据读取的各种数据，提前确定偏离车道的倾向，并且当车辆倾向于偏离车道时，将偏离标记Fout设定为ON，并且检测偏离方向Dout。当车辆未倾向于偏离车道时，将偏离标记Fout设定为OFF(步骤S3)。
当驾驶员有意识的改变车道时，将偏离标记Fout改变成OFF，并且当驾驶员无意识的改变车道时，将偏离标记Fout保持为ON(步骤S4)。这里，当偏离标记Fout为ON时，启动警报(步骤S5)。
根据路面的摩擦系数μ和行车道的形状，判断是否应进行车道偏离防止控制(步骤S6和图4)。即，当车道曲率β增加或当路面摩擦系数μ增加时，制动力差控制标记Fgs被设定为ON的倾向增加。另一方面，计算通过车道偏离防止控制向车辆施加的目标横摆力矩Ms(步骤S7)。
根据先前获得的偏离标记Fout和制动力差控制标记Fgs，使各车轮动作，并且将目标横摆力矩Ms施加于车辆上(步骤S8)。
具体而言，当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)但制动力差控制标记Fgs被设定为OFF(|Xs|-XL＜Xβ或|Xs|-XL＜Xμ)时，通过使车轮转向将目标横摆力矩Ms施加于车辆上。当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)、并且制动力差控制标记Fgs被设为ON(|Xs|-XL≥Xβ和|Xs|-XL≥Xμ)时，通过使车轮转向并且通过向车轮施加制动力，将目标横摆力矩Ms施加于车辆上。
即，当车辆倾向于偏离车道时，根据车辆相对于车道的状态，具体而言，根据诸如由相减值(|Xs|-XL)等指示的偏离车道的程度或目标横摆力矩Ms，可以相互切换如下两种方法即，仅通过使车轮转向从而向车辆施加横摆力矩的方法，以及通过使车轮转向并且向左右轮(或前后轮)之间施加制动力差来施加横摆力矩的方法。
图10A、10B和10C显示当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)时，车道偏离控制根据偏离程度而变化的图。图10A显示了车辆倾向于偏离行车道的图。图10B显示了当车辆高速行驶时车辆倾向偏离行车道的图。图10C显示了当车辆行驶接近车道时车辆倾向于偏离行车道的图。
在图10A中，由于车速相对较低且车辆远离车道，相减值(|Xs|-XL)不大于第一和第二控制阈值。因此，通过使后轮5RL和5RR转向，以向车辆施加横摆力矩，从而执行车道偏离防止控制。相反，当车速较高(图10B)或当车辆接近车道(图10C)时，相减值(|Xs|-XL)较大。相应地，相减值大于第一和第二控制阈值，这样，制动力差控制标记Fgs被改变成ON。结果，通过使后轮5RL和5RR转向，向车辆施加横摆力矩，并且，通过将制动力施加到偏离防止侧的前轮5FL上，从而执行车道偏离防止控制。
因此，由于偏离程度增大时，横摆力矩增强，所以，可以通过将制动力差控制标记Fgs设定为ON，从而向车辆施加必要大小的横摆力矩。
当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)，并且车辆正行驶在具有较低路面摩擦系数μ的车道上时，难于把制动力差控制标记Fgs设定为ON，这样，主要是通过使车轮转向而将目标横摆力矩Ms施加于车辆上。当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)，并且车辆正行驶在具有较高路面摩擦系数μ的车道上时，容易把制动力差控制标记Fgs设定为ON，这样，通过使车轮转向并且在左右轮(或前后轮)之间施加制动力差，从而把目标横摆力矩Ms施加于车辆上。
图8A显示将车辆相对于车道的横摆角φ设定为φ1以作为车辆的行驶状态时的车道偏离控制，图8B显示将相对于行车道的横摆角φ设定为φ2(＞φ1)以作为车辆的行驶状态时的车道偏离控制。在任何情况下，假定相减值|Xs|-XL均相同。
如图8A所示，当横摆角φ较小(φ＝φ1)时，第一控制阈值Xβ被设为较大值(图5)。相应地，制动力差控制标记Fgs被设为OFF。因此，仅通过使后轮5RL和5RR转向，以便向车轮施加横摆力矩，从而执行车道偏离防止控制。如图8B所示，当横摆角φ大于预定值(φ＝φ2)时，第一控制阈值Xβ被设为较小值(图5)。相应地，制动力差控制标记Fgs被设为ON。因此，通过使后轮5RL和5RR转向，并且通过向车道偏离防止侧的前轮5FL施加制动力(在左右前轮5FL和5FR之间施加制动力差)，以向车辆施加横摆力矩，从而防止车道偏离。
因此，当横摆角变得越大时，偏离程度的变化也越大。因此，在目标横摆力矩能够变得很大之前，把制动力差控制标记Fgs快速地改变成ON，从而令人满意地向车辆施加横摆力矩。
图9A显示当车辆正在具有较低路面摩擦系数μ的车道内行驶并倾向于偏离车道的情况下的车道偏离控制，图9B显示当车辆正在具有较高路面摩擦系数μ的车道内行驶并倾向于偏离车道的情况下(偏离标记Fout为ON)的车道偏离控制。总之，车速、当前横向位移X0，或横摆角均是恒定的。因此，相减值(|Xs|-XL)或目标横摆力矩Ms也是完全恒定的。
如图9A所示，当车辆正在具有较低路面摩擦系数μ的路面行驶时，第二控制阈值Xμ被设为较高值(图6)。相应地，制动力差控制标记Fgs被设定为OFF。这样，仅通过使后轮5RL和5RR转向，以便向车辆施加横摆力矩，从而执行车道偏离防止控制。如图9B所示，当车辆正在具有较高路面摩擦系数μ的路面行驶时，第二控制阈值Xμ被设为较低值(图6)。相应地，制动力差控制标记Fgs被设定为ON。这样，通过使后轮5RL和5RR转向，并且通过向车道偏离防止侧的前轮5FL施加制动力(在左右前轮5FL和5FR之间施加制动力差)，以向车辆施加横摆力矩，从而执行车道偏离防止控制。
在该实施例中，将相减值(|Xs|-XL)与第一控制阈值Xβ和第二控制阈值Xμ进行比较，第一和第二控制阈值根据车道曲率β、横摆角φ，以及路面摩擦系数μ而改变。然而，本发明的系统不局限于此。
例如，可以通过将曲率β、横摆角φ，或路面摩擦系数μ直接与预定阈值比较，来设定制动力差控制标记Fgs，以代替通过将相减值(|Xs|-XL)与阈值比较来设定制动力差控制标记Fgs。即，如图11的流程图所示，当偏离标记Fout为ON时，横摆角φ大于或等于预定阈值φ1时(步骤S31)，或当曲率β大于或等于阈值β1时(步骤S32)，或当路面摩擦系数μ大于或等于预定值μ1时(步骤S33)，不管相减值(|Xs|-XL)如何，也将制动力差控制标记Fgs设定为ON。当曲率β、横摆角φ，或路面摩擦系数μ分别小于或等于预定阈值时，将制动力差控制标记Fgs设定为OFF(步骤S24)。横摆角φ表示偏离的程度，曲率β或路面摩擦系数μ表示道路状况。可以执行步骤S31～S33中的至少一个步骤。
根据该结构，可以令人满意并快速地将对应于偏离程度或道路状况的必要的目标横摆力矩施加于车辆上。
在该实施例中，除使车轮转向外，还将制动力差选择性地施加于车轮上。然而，本发明并不限于该结构，而是例如可以通过施加制动力差，将横摆力矩施加于车辆上。在左右轮之间施加制动力差的结构的实例可以包括主动式LSD(限滑差速器)，该LSD通过改变在左右轮上的驱动力的分布，可主动地施加制动力差。在图1显示的结构中，通过在前后轮的一侧设置主动式LSD(未显示)，并且通过控制器8控制主动式LSD的驱动力的分布，可以获得与在左右轮之间施加制动力差的实施例相同的优点。另外，也可以通过控制器8向后轮施加预定驱动力，以在前后轮之间施加制动力差，来代替通过向前轮施加制动力从而在前后轮之间产生制动力差。
如上所述，当车辆倾向于偏离车道时，根据车辆相对于行车道的行驶状态，具体而言，根据相减值(|Xs|-XL)，可以切换如下两种方法即，仅通过使车轮转向而向车辆施加横摆力矩以防止车道偏离的方法，以及通过使车轮转向和通过向车轮施加制动力以施加横摆力矩的方法。
因此，由于无论行驶状态如何，并不总是通过产生制动力差将横摆力矩施加于车辆上，也并不总是通过使车轮转向将横摆力矩施加于车辆上，所以，根据车辆相对于行车道的行驶状态，可以最适宜地防止车道偏离，而没有给驾驶员带来不适感。
如上所述，通过根据路面摩擦系数μ而设定用于切换的阈值Xμ，当车辆倾向于偏离行车道(Fout＝ON)但在具有较低路面摩擦系数μ的车道内行驶时，主要是通过使车轮转向，将目标横摆力矩Ms施加于车辆上；并且当车辆倾向于偏离车道(Fout＝ON)且在具有较高路面摩擦系数μ的车道内行驶时，主要是通过使车轮转向以及通过选择性地向车轮施加制动力，将目标横摆力矩Ms施加于车辆上。
因此，可以更有效地执行车道防止控制。例如，即使当车辆在具有较低路面摩擦系数μ的车道上行驶时施加制动力差，由于较低的路面摩擦系数μ，该制动力差也不能有效地帮助将横摆力矩施加于车辆上。因此，仅通过使车轮转向而向车辆施加目标横摆力矩Ms，或通过使车轮转向并选择性地向车轮施加制动力来施加目标横摆力矩Ms，可以更有效地执行偏离防止控制。
如上所述，当使车轮转向且在左右轮之间施加制动力差时，使左右后轮转向，并且在左右前轮之间施加制动力差。因此，由于车辆的复位(restoration)得到了改进，所以，可以更快速地防止车道偏离。
尽管已描述了本发明系统的特定实施例及其变形，然而该系统并不限于这些实施例和变形。
即，在上述的实施例中，在应用车道偏离防止控制时，当使车轮转向且在车轮之间施加制动力差时，使后轮转向，并且将制动力差施加于前轮上。然而，本发明系统并不限于此。即，可以使前轮转向，可以将制动力施加于后轮上。更具体而言，可以使前轮和后轮的任何一侧转向，并且可以将制动力施加于另一侧上。在上述实施例中，当使前轮转向且将制动力施加于前轮上时，即使执行车道偏离防止控制时，也可以控制前轮的转向，而不会给驾驶员带来不适感。
另外，使前轮转向的同时，在前轮之间施加制动力差。可选择的，使后轮转向的同时，在前轮之间施加制动力差。另外，如上所述，通过使前后轮的任何一侧转向，并且将制动力施加于另一侧上，可以更有效地将横摆力矩施加于车辆上。
此外，尽管将横摆角φ和路面摩擦系数μ作为行驶状况举例说明，但是本发明系统并不限于此。例如，当车速低于或等于预定值时，可仅通过使车轮转向执行控制处理，并且当车速高于预定值时，可通过使车轮转向并施加制动力差执行控制处理。类似地，也可以根据车辆加速和减速或车辆上坡和下坡，在仅通过使车轮转向的控制和通过使车轮转向并施加制动力的控制之间进行切换。
另外，在上述实施例中，如公式(2)所示，计算出估算横向位移Xs；即，根据横摆角φ判断偏离倾向。然而，本发明系统并不限于此。即，例如，可以将估算横向位移Xs计算为经过预定时间T之后的值。具体而言，假定dx是横向位移X的变化量(每单位时间的变化量)，利用车辆的当前横向位移X0，根据如下的公式(9)计算估算横向位移XsXs＝dx×T+X0 …(9)
类似于上述实施例，将以这种方式计算出的估算横向位移Xs和偏离判断阈值XL进行比较。在该变形的实施例中，在控制器8中，通过用于判断偏离车道倾向的车道偏离倾向装置执行步骤S3的处理，并且，当车辆倾向于偏离行车道时，根据车辆相对于行车道的行驶状态，通过切换装置执行步骤S6的处理(图4)，该切换装置用于在如下两种方法之间进行切换即，仅通过使车轮转向来施加横摆力矩的方法，和通过使车轮转向并在左右轮之间施加制动力差的方法。
2004年12月27日提交的申请号为No.2004-377553的日本专利申请、2005年11月25日提交的申请号为No.2005-340187的日本专利申请，以及1993年6月29日提交并于1995年1月13日公布的日本特开平第H07-10026号专利申请，包括它们的说明书、附图和权利要求书，所披露的所有内容，在此以引用的方式并入本文。
权利要求
1.一种车道偏离防止系统，包括位置检测器，其用于检测车辆相对于行车道的位置信息；判断单元，其用于将所述位置信息与第一阈值进行比较，并且用于根据所述比较结果判断车辆偏离行车道的倾向，所述第一阈值表示相对于行车道的预定位置关系；以及横摆力矩施加单元，其用于当所述判断单元判断车辆倾向于偏离行车道时，根据车辆的行驶状态，向车辆施加横摆力矩，并在第一种方法和第二种方法之间进行切换，以向车辆施加横摆力矩，所述第一种方法仅通过使车轮转向从而向车辆施加横摆力矩，所述第二种方法通过使车轮转向并且差动地向车轮施加制动力，从而向车辆施加横摆力矩。
2.如权利要求1所述的车道偏离防止系统，其中，通过在左右轮之间施加制动力差，从而将所述制动力选择性地施加于所述车轮上。
3.如权利要求1所述的车道偏离防止系统，其中，通过在前后轮之间施加制动力差，从而将所述制动力选择性地施加于所述车轮上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车道偏离防止系统，其中，在判断偏离时，所述横摆力矩施加单元选择性地检测车辆的偏离程度作为行驶状态，并且根据所述偏离程度选择性地执行所述第一种方法和所述第二种方法中的一种方法。
5.如权利要求4所述的车道偏离防止系统，其中，所述位置信息包括车辆相对于行车道的横向位移，所述偏离程度包括所述横向位移与所述第一阈值之间的差值或根据所述差值计算出的横摆力矩，并且当所述偏离程度小于或等于所述第二阈值时，所述横摆力矩施加单元仅通过使车轮转向，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上；当所述偏离程度大于所述第二阈值时，所述横摆力矩施加单元通过使车轮转向并向车轮施加差动的制动力，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上。
6.如权利要求5所述的车道偏离防止系统，其中，所述位置检测器选择性地检测车辆前方的行车道的曲率，并且所述横摆力矩施加单元根据所述曲率选择性地校正所述第二阈值。
7.如权利要求5所述的车道偏离防止系统，其中，所述位置检测器选择性地检测车辆相对于行车道的横摆角，并且所述横摆力矩施加单元根据所述横摆角而选择性地校正所述第二阈值。
8.如权利要求5至7中任一项所述的车道偏离防止系统，还包括用于估算路面摩擦系数的摩擦系数估算单元，并且所述横摆力矩施加单元根据所述估算摩擦系数而选择性地校正所述第二阈值。
9.如权利要求4所述的车道偏离防止系统，其中，所述位置检测器选择性地检测车辆相对于行车道的横摆角，所述偏离程度包括所述横摆角，并且当所述横摆角小于或等于第三阈值时，所述横摆力矩施加单元仅通过使车轮转向，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上；当所述横摆角大于所述第三阈值时，所述横摆力矩施加单元通过使车轮转向并向车轮施加制动力，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上。
10.如权利要求1到3中任一项所述的车道偏离防止系统，其中，在判断所述车道偏离时，所述横摆力矩施加单元选择性地检测行车道的道路状况作为行驶状态，并且根据所述道路状况选择性地执行所述第一种方法和所述第二种方法中的一种方法。
11.如权利要求10所述的车道偏离防止系统，其中，所述位置检测器选择性地检测车辆前方的行车道的曲率，所述道路状况包括所述曲率，并且当所述曲率小于或等于第四阈值时，所述横摆力矩施加单元仅通过使车轮转向，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上；当所述曲率大于所述第四阈值时，所述横摆力矩施加单元通过使车轮转向并向车轮施加制动力，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上。
12.如权利要求10所述的车道偏离防止系统，还包括用于估算路面摩擦系数的摩擦系数估算单元，其中，所述道路状况包括所述路面摩擦系数；并且当所述摩擦系数小于或等于第五阈值时，所述横摆力矩施加单元仅通过使车轮转向，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上，并且当所述摩擦系数大于所述第五阈值时，所述横摆力矩施加单元通过使车轮转向并将制动力施加于车轮，从而选择性地将所述横摆力矩施加于车辆上。
13.如权利要求2所述的车道偏离防止系统，其中，当通过使车轮转向并向车轮施加制动力从而将所述横摆力矩施加于车轮上时，所述横摆力矩施加单元选择性地在左右前轮之间施加制动力差。
全文摘要
本发明公开一种车道偏离防止系统，包括位置检测装置，其用于检测车辆相对于行车道的位置信息；判断单元，其用于将位置信息与第一阈值进行比较，并且根据比较结果，判断车辆偏离行车道的倾向，该第一阈值表示相对于行车道的预定位置关系；以及横摆力矩施加单元，其用于当判断单元判断车辆偏离行车道时，根据车辆的行驶状态，向车辆施加横摆力矩，并在第一种方法和第二种方法之间进行切换，所述第一种方法仅通过使车轮转向从而向车辆施加横摆力矩，所述第二种方法通过使车轮转向并向车轮施加制动力，从而向车辆施加横摆力矩。
文档编号B60W10/184GK1796204SQ20051013289
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者武田裕也 申请人:日产自动车株式会社