用于控制车道保持的设备、具有该设备的系统及方法与流程

用于控制车道保持的设备、具有该设备的系统及方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年3月12日提交的韩国专利申请第10-2021-0032845号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种车道保持控制设备、包括该设备的车辆系统及方法，更具体地，涉及一种用于提高跟随车辆中心的稳定性的技术。


背景技术：

4.在目前生产的车辆中，应用各种安全驾驶系统，或者正在开发此类应用，其中之一是车道保持控制系统，其当车辆因驾驶员粗心驾驶而离开车道时，通过防止车道偏离来执行驾驶控制以保持车道。这种车道保持控制系统在车道中心创建目标路径，并操作车辆沿着目标路径行驶，并且在车辆到达目标路径之后执行方向盘对准命令。
5.也就是说，常规的车道保持控制系统基于从摄像头传感器接收的车道信息来计算并跟踪目标横向移动距离。然而，当车辆的转向响应低或负载大时，在车辆到达目标横向移动位置之前，方向盘没有提前对准，导致控制超调(overshoot)和车辆振荡。
6.本部分披露的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，不得视为承认或任何形式的建议该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明致力于提供一种车道保持控制设备、包括该设备的车辆系统及方法，其能够通过对航向角和偏移项分配权重，使得在到达目标横向移动位置之前提前对准方向盘，从而提高车道中心跟随性能的稳定性。
8.本发明的技术目的不限于上述目的，并且本领域技术人员可以通过权利要求的描述清楚地理解其他未提及的技术目的。
9.本发明的示例性实施方式提供了一种车道保持控制设备，可包括：处理器，配置为在车道保持控制期间基于车道信息计算目标横向移动距离，并在车辆到达目标路径之前通过校正车辆的航向角和从目标路径的偏移来校正目标横向移动距离；和存储器，配置为存储由处理器驱动的数据和算法。
10.在示例性实施方式中，处理器可配置为基于取决于车辆的航向角的车辆的移动距离、取决于从车辆的目标路径的偏移的车辆的移动距离以及取决于行驶道路的曲率的车辆的移动距离来计算目标横向移动距离。
11.在示例性实施方式中，处理器可配置为分配用于增大车辆的航向角的权重和用于减小与目标路径的偏移的权重。
12.处理器可配置为当转向角速度小于预定角速度阈值并且行驶道路的曲率小于预定曲率阈值时校正目标横向移动距离。另外，处理器可配置为当从目标路径的偏移小于第
一预定阈值且大于小于第一预定阈值的第二预定阈值时校正目标横向移动距离。
13.在示例性实施方式中，处理器可配置为当从目标路径的偏移小于第一预定阈值且大于小于第一阈值的第二预定阈值时，为车辆的航向角和从目标路径的偏移分配不同的权重。处理器可配置为首先通过将分配给车辆航向角的权重调整为增大来反映方向盘对准；并且可以减小分配给从目标路径的偏移的权重。另外，处理器可配置为当从目标路径的偏移等于或大于第一预定阈值且等于或小于第二预定阈值时，不对车辆的航向角和从目标路径的偏移分配权重。
14.本发明的示例性实施方式提供了一种车辆系统，可包括：感测装置，配置为获取与车辆前方相关的车道信息；和车道保持控制设备，配置为在车道保持控制期间基于车道信息计算目标横向移动距离，并在车辆到达目标路径之前通过校正车辆的航向角和从目标路径的偏移来校正目标横向移动距离。
15.具体地，车道保持控制设备可配置为基于取决于车辆的航向角的车辆的移动距离、取决于从车辆的目标路径的偏移的车辆的移动距离以及取决于行驶道路的曲率的车辆的移动距离来计算目标横向移动距离。车道保持控制设备可配置为分配用于增大车辆的航向角的权重和用于减小与目标路径的偏移的权重。
16.在示例性实施方式中，车道保持控制设备可配置为当转向角速度小于预定角速度阈值并且行驶道路的曲率小于预定曲率阈值时，校正目标横向移动距离。另外，车道保持控制设备可配置为当从目标路径的偏移小于第一预定阈值且大于小于第一阈值的第二预定阈值时，校正目标横向移动距离。具体地，车道保持控制设备可配置为当从目标路径的偏移小于第一预定阈值且大于小于第一阈值的第二预定阈值时，对车辆的航向角和与目标路径的偏移分配不同的权重。
17.本发明的示例性实施方式提供一种车道保持控制方法，可以包括：在车道保持控制期间获取车道信息；和基于车道信息计算目标横向移动距离，并在车辆到达目标路径之前通过校正车辆的航向角和从目标路径的偏移来校正目标横向移动距离。在示例性实施方式中，目标横向移动距离的校正可包括基于取决于车辆的航向角的车辆的移动距离、取决于从车辆的目标路径的偏移的车辆的移动距离以及取决于行驶道路的曲率的车辆的移动距离来计算目标横向移动距离。
18.另外，目标横向移动距离的校正可包括分配用于增大车辆的航向角的权重和用于减小从目标路径的偏移的权重。目标横向移动距离的校正还可包括当转向角速度小于预定角速度阈值并且行驶道路的曲率小于预定曲率阈值时，校正目标横向移动距离。
19.在示例性实施方式中，目标横向移动距离的校正可以包括当从目标路径的偏移小于第一预定阈值且大于小于第一阈值的第二预定阈值时，对车辆的航向角和与目标路径的偏移分配不同的权重；和当从目标路径的偏移等于或大于第一预定阈值且等于或小于第二预定阈值时，不对车辆的航向角和与目标路径的偏移分配权重。目标横向移动距离的校正可进一步包括首先通过将赋予车辆的航向角的权重调整为增大来反映方向盘对准；和减小分配给与目标路径的偏移的权重。
20.根据本发明，可以通过将权重分配给航向角和偏移项，使得在到达目标横向移动位置之前提前对准方向盘，从而提高车道中心跟随性能的稳定性。另外，可以提供可以通过本文直接或间接识别的各种效果。
附图说明
21.图1示出根据本发明的示例性实施方式的包括车道保持控制设备的车辆系统的配置的框图。
22.图2示出用于描述根据本发明的示例性实施方式的根据中心偏移进行加权的曲线图。
23.图3示出用于描述根据本发明的示例性实施方式的车道保持控制设备在不应用权重时计算目标横向移动距离的过程的视图。
24.图4示出用于描述根据本发明的示例性实施方式的车道保持控制设备在应用权重时计算目标横向移动距离的过程的视图。
25.图5示出根据本发明的示例性实施方式的车道保持控制方法。
26.图6示出根据本发明的示例性实施方式的计算系统。
具体实施方式
27.在下文中，将参照示例性附图详细描述本发明的一些示例性实施方式。应当注意的是，在对各图的构成元件添加附图标记的情况下，即使在不同的附图中指示相同的构成元件，它们也尽可能具有相同的附图标记。另外，在描述本发明的示例性实施方式中，当确定相关熟知配置或功能的详细描述干扰对本发明的示例性实施方式的理解时，将省略其详细描述。
28.在描述根据本发明的示例性实施方式的构成元件中，可以使用诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)的术语。这些术语仅用于将构成元件与其他构成元件区分开来，并且构成元件的性质、顺序或次序不受这些术语的限制。另外，本文使用的所有术语(包括技术科学术语)具有与本发明所属技术领域的技术人员(本领域技术人员)通常理解的相同的含义，除非它们不同地定义。通用词典中定义的术语应理解为具有与现有技术上下文中的那些相匹配的含义，不应理解为具有理想化或过度形式化的含义，除非它们在本说明书中明确定义。
29.尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被专门编程以执行本文描述的过程的硬件设备。存储器配置为存储模块并且处理器具体配置为执行所述模块以执行下文进一步描述的一个或多个过程。
30.此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、压缩盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)。
31.本发明公开了一种能够通过将权重分配给航向角和偏移项，使得在到达目标横向移动位置之前提前对准方向盘，从而提高车道中心跟随性能的稳定性的技术。具体地，本发明通过对航向角和偏移项应用权重，使得能够提前完成方向盘的提前对准(与前进方向相反的标志)，从而提高车辆响应性和路径跟随性能。
32.在下文中，将参照图1至图6详细描述本发明的示例性实施方式。图1示出根据本发明的示例性实施方式的包括车道保持控制设备的车辆系统的配置的框图。
33.参照图1，根据本发明示例性的实施方式的车辆系统可包括：车道保持控制设备100、感测装置200、转向控制装置300、制动控制装置400和发动机控制装置500。
34.根据本发明的示例性实施方式的车道保持控制设备100可以在车辆内部实施。具体地，车道保持控制设备100可以与车辆的内部控制单元集成形成，或者可以被实施为通过单独的连接装置连接到车辆的控制单元的单独设备。车道保持控制设备100可以实现为车道跟随辅助(lfa)、车道偏离警告(ldw)、车道保持系统(lks)和车道保持辅助设备系统(lkas)等。
35.车道保持控制设备100可以配置为在车道保持控制期间基于车道信息计算目标横向移动距离，并通过在车辆到达目标路径之前校正车道信息之中的车辆的航向角和从目标路径的偏移(中心偏移)来校正目标横向移动距离。车道保持控制设备100可以配置为从诸如摄像头210的感测装置200接收感测信息，并确定基本进入条件(basic entry condition)和中心偏移条件(center offset condition)以对每个路径分量(path component)应用权重。
36.具体地，用于对每个路径分量应用权重的基本进入条件是用于确定对于每个路径分量是否进入权重值应用模式，并且可以包括车辆的转向角速度和行驶道路的曲率。也就是说，当车辆的转向角速度和行驶道路的曲率在预定范围内时，车道保持控制设备100可以配置为确定当车道保持辅助功能运行时，可以对每个路径分量分配权重。
37.车道保持控制设备100可以配置为：在车道中心跟随控制期间，恰好在车辆到达目标路径(例如，车道中心)之前对准方向盘，并且当车辆的中心偏移(从车道中心偏移)处于没有预先反映(pre-reflected)方向盘对准的薄弱区间时，对每个路径输出权重。因此，车道保持控制设备100可以配置为：对航向角应用增大的权重(航向角是可以提高车辆对方向盘对准的响应能力的项)，以及对偏移(中心偏移)应用减小的权重(该偏移是干扰方向盘对准的项)。
38.车道保持控制设备100可以配置为基于摄像头210的信息计算得到的车道系数，通过将用于阻尼效果的权重应用于航向角并将偏移项应用于现有目标横向移动距离来执行计算。参照图1，车道保持控制设备100可以包括通信装置110、存储器120和处理器130。
39.通信装置110是实施有各种电子电路以通过无线或有线连接发送和接收信号的硬件设备，并且可以基于车载设备和车载网络通信技术发送和接收信息。作为示例，车载网络通信技术可以包括控制器局域网(can)通信、本地互连网络(lin)通信、flex-ray通信等。
40.作为示例，通信装置110可以配置为与车载设备通信，并且可以从感测装置200接收感测结果。具体地，通信装置110可以配置为接收在注视距离上的从摄像头210到车辆中心的距离误差。
41.存储器120可以配置为存储感测装置200的感测结果以及处理器130运行所需的数据和/或算法等。作为示例，存储器120可以配置为存储从感测装置200接收的车道信息，并存储由处理器130计算的目标横向移动距离、权重等。存储器120可以包括诸如闪存、硬盘、微型、卡(例如，安全数字(sd)卡或极限数字(xd)卡)、随机存取存储器(ram)、静态ram(sram)、只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可擦除prom(eeprom)、磁存储器(mram)、磁盘和光盘的存储器类型中的至少一种类型的存储介质。
42.处理器130可以电连接到通信装置110、存储器120等，可以对各个组件进行电控
制，并且可以是执行软件命令的电路，从而执行下面描述的各种数据处理和计算。处理器130可以配置为处理在车道保持控制设备100的构成元件之间传输的信号。处理器130可以是例如电子控制单元(ecu)、微控制器单元(mcu)或安装在车辆中的其他子控制器。
43.处理器130可以配置为确定用于对每个路径分量分配权重值的条件。也就是说，处理器130可以配置为基于车辆的转向角速度和行驶道路的曲率来确定是否对每个路径分量分配权重。具体地，每个路径分量的权重可以包括航向权重值w1和偏移权重值w0。例如，处理器130可以配置为当车辆的转向角速度没有突然变化时分配权重。另一方面，处理器130可以在过度转向期间(例如驾驶员超调override)不对每个路径分量分配权重。也就是说，权重w1＝1，权重w0＝1。
44.当转向角速度小于角速度阈值时，处理器130可以分配权重w1和w0，如式1所示。
45.式1：
[0046][0047]
另外，处理器130可以配置为当道路曲率小于角速度阈值时分配权重w1和w0，如式2所示。
[0048]
式2：
[0049][0050]
处理器130可以配置为仅在不包括高曲率的中间曲率下，对每个路径分配权重。另一方面，当在大曲率急转弯道路上行驶时，在目标横向移动距离中由于曲率的距离c2x2的权重增大，因此处理器130不为每条路径分量分配权重以防止路径失真。也就是说，权重w1＝1，且权重w0＝1。
[0051]
随后，处理器130可以配置为根据车辆偏移确定航向角和偏移项的权重的分配。具体地，车辆偏移指示车辆当前位置与目标路径(例如，车道中心)之间的差值。处理器130可以配置为当车辆的当前偏移路径c0是式3的区域时分配权重。
[0052]
式3：
[0053]
阈值2＜|路径c0|＜阈值1
[0054]
也就是说，处理器130可以配置为当车辆的偏移∣路径c0∣在第一阈值“阈值1”和第二阈值“阈值2”之间的区域内时，为航向角c1和偏移c0分配不同的权重w1、w0。例如，可以将w1分配为增大的值，将w0分配为减小的值。
[0055]
对应于式3的区域是车辆移动方向与目标横向移动位置方向相反的趋势最大的区间，并表示根据时间延迟需要预先反映方向盘对准线的区间。另外，处理器130可以配置为对航向角c1应用1至1.5倍的权重范围，并对偏移c0应用0.5至1倍的权重范围，并且可以在最小化路径失真的方向上设计权重。
[0056]
另一方面，当车辆的当前偏移路径c0与式4中的区域相同时，处理器130不分配权
重。
[0057]
式4：
[0058]
∣路径c0∣≥阈值1
[0059]
∣路径c0∣≤阈值2
[0060]
参照图2，第二阈值下方的区域(左侧区域)被定义为车辆位于具有方向盘对准状态的目标路径上的区域，并且没有对每个路径分量分配权重。图2示出用于描述根据本发明的示例性实施方式的根据中心偏移进行加权的曲线图。
[0061]
第一阈值上方的区域(右侧区域)是车辆偏移与目标路径偏离较大的区间，实际偏移c0增大的趋势反映在目标横向移动位置的计算中，并且不应用权重来消除路径失真。
[0062]
处理器130可以配置为在不应用权重的情况下计算目标横向移动距离，如式5所示。
[0063]
式5：
[0064]ycam
＝c3x3+c2x2+c1x+c0[0065]
具体地，x表示注视距离，c0表示偏移，c1表示航向角，c2表示曲率，c3表示曲率变化率。
[0066]
也就是说，处理器130可以配置为通过取决于每个车道分量的参数(偏移、航向、曲率、曲率变化率)和注视距离x的多项式来计算目标横向移动距离y
cam
。因此，当发生转向延迟时，与计算出的目标横向移动距离y
cam
不同，可能存在车辆没有到达目标点的情况。
[0067]
另外，由于在到达目标横向移动位置之前方向盘对准反映较晚，可能会出现控制超调(control overshoot)，导致车辆在左右车道之间以z字形方向移动的振荡现象。这种振荡现象可能主要发生在商用车辆(公共汽车或卡车)中，其中与根据转向角命令的跟随值(following value)相比，实际车辆移动间隙大。图3示出用于描述根据本发明的示例性实施方式当车道保持控制设备不应用权重时计算目标横向移动距离的过程的视图。
[0068]
参照图3，通过将取决于航向角的距离c1x、取决于偏移的距离c0和取决于曲率的距离c2x2全部相加得到最终目标横向移动距离y
cam
。特别的，可能不能反映取决于曲率变化率的距离c3，因为该距离不足。取决于航向角的距离c1x的行进方向与取决于偏移的距离c0和取决于曲率的距离c2x2相反，当取决于航向角的距离c1x、取决于偏移的距离c0和取决于曲率的距离c2x2全部相加时，在取决于航向角的距离c1x中减去取决于偏移的距离c0和取决于曲率的距离c2x2得到的距离仍然存在，并且这个剩余的距离成为目标横向移动距离y
cam
。
[0069]
处理器130可以配置为通过对每个路径分量应用权重来计算目标横向移动距离，如式6所示。
[0070]
式6：
[0071]yw_cam
＝c3x3+c2x2+w1c1x+w0c0[0072]
式6表示用于通过将权重w1和w0反映到上述式5的目标横向移动距离y
cam
来计算对加权的目标横向移动距离yw_
cam
的等式。
[0073]
也就是说，处理器130可以配置为考虑到转向延迟，在与车辆当前行驶方向相反的方向上预先调整方向盘对准，并校正航向角和偏移，使得目标转向角可以反映在车辆行为中，并将校正后的航向角和偏移反映到目标横向移动距离y
cam
。
[0074]
具体地，处理器130可以配置为将可以预先反映方向盘对准的航向角的权重w1调
整为增大，并且可以将稍后被转向延迟反映并且干扰方向盘对准的偏移的权重w0调整为减小。因此，通过提供阻尼效果，能够提供车道保持控制响应性。图4示出用于描述根据本发明的示例性实施方式的当车道保持控制设备应用权重时计算目标横向移动距离的过程的视图。参照图4，可以看出取决于加权后的航向角的距离w1c1x比校正前取决于航向角的距离c1x长。另外，取决于加权后的偏移的距离w0c0比应用权重之前的偏移距离c0短，并且最后的最终目标横向移动距离yw_
cam
变长。
[0075]
也就是说，处理器130可以配置为通过在与车辆行驶方向相反的方向上预先调整方向盘对准来校正航向角和偏移以提前反映目标转向角，从而调整目标横向移动距离，使得车辆稳定地沿车道中心行驶。
[0076]
感测装置200可以包括用于获取车道信息的摄像头210、用于检测车辆的转向角速度的转向角速度传感器220等。具体地，摄像头210可以配置为拍摄车辆的前方以获得车道信息。
[0077]
转向控制装置300可以配置为调整车辆的转向角，并且可以包括方向盘、与方向盘互锁的致动器和用于控制致动器的控制器。
[0078]
制动控制装置400可以配置为调整车辆的制动，并且可以包括配置为操作制动器的控制器。
[0079]
发动机控制装置500可以配置为调整车辆的发动机驱动，并且可以包括配置为调整车辆速度的控制器。
[0080]
因此，本发明通过对航向角和偏移项应用权重，使得可以提前完成方向盘的提前对准(与前进方向相反的标志)，从而提高车辆响应性和路径跟随性能。
[0081]
下面将参照图5详细描述根据本发明的示例性实施方式的车道保持控制方法。图5示出根据本发明示例性实施方式的车道保持控制方法。在下文中，假设图1的车道保持控制设备100执行图5的过程。另外，在图5的描述中，描述为由设备执行的操作可以理解为由车道保持控制设备100的处理器130控制。
[0082]
参照图5，车道保持控制设备100可以配置为从摄像头210接收感测信息(s100)。具体地，感测信息可以包括车道信息，作为示例，车道信息可以包括中心偏移、车辆的航向角、行驶道路的曲率、行驶道路的曲率变化率等。
[0083]
车道保持控制设备100可以配置为确定转向角速度条件以对每个路径分量应用权重(s200)。也就是说，车道保持控制设备100可以配置为判断转向角速度是否小于预定角速度阈值，如果转向角速度小于预定角速度阈值，则确定可以对每个路径分量应用权重。
[0084]
接下来，车道保持控制设备100可以配置为确定曲率条件以对每个路径分量应用权重(s300)。也就是说，车道保持控制设备100可以配置为判断行驶道路的曲率是否小于预定曲率阈值，如果行驶道路的曲率小于预定曲率阈值时，确定可以对每个路径分量应用权重。
[0085]
接下来，车道保持控制设备100可以配置为确定中心偏移条件以对每个路径分量应用权重(s400)。也就是说，车道保持控制设备100可以配置为判断中心偏移是否大于第二阈值2且小于第一阈值1。
[0086]
当在上述步骤s200、s300和s400中满足所有角速度条件、曲率条件和中心偏移条件时，车道保持控制设备100可以配置为对每个路径分量应用权重。也就是说，车道保持控
制设备100可以配置为如式6中那样对航向角和偏移应用权重(s500)，并计算目标横向移动距离(s600)。
[0087]
另一方面，当在上述步骤s200、s300和s400中角速度条件、曲率条件和中心偏移条件中的至少一个不满足时，车道保持控制设备100可以配置为通过如式5中那样不应用权重(s700)来计算目标横向移动距离(s600)。
[0088]
在二级或更高级别的自动驾驶技术中，车道保持横向控制技术是驾驶员驾驶便利性和安全性的关键领域。对于车辆转向响应慢且载重大的车辆，在跟随车道中心时，由于响应性的累积下降，车辆可能不会收敛到车道中心，并且可能会发生振荡，而在本发明中，可以通过对航向角和偏移项分配权重，使得在到达目标横向移动位置之前提前对准方向盘，从而提高车道中心跟随性能的稳定性。
[0089]
因此，即使对于车辆转向系统响应性低且载重大的公共汽车和卡车等车辆，也可以通过在车道中央具有阻尼效果来防止振荡，并且即使在倾斜角度大和曲率多样化的道路上也可以进行稳定的自动驾驶控制。
[0090]
图6示出根据本发明的示例性实施方式的计算系统。参照图6，计算系统1000可以包括通过总线1200连接的至少一个处理器1100、存储器(memory)1300、用户界面输入装置1400、用户界面输出装置1500和存储器(storage)1600以及网络接口1700。
[0091]
处理器1100可以是对存储在存储器(memory)1300和/或存储器(storage)1600中的命令执行处理的中央处理单元(cpu)或半导体设备。存储器(memory)1300和存储器(storage)1600可以包括各种类型的易失性或非易失性存储介质。例如，存储器(memory)1300可以包括只读存储器(rom)1310和随机存取存储器(ram)1320。
[0092]
因此，结合本文所公开的示例性实施方式描述的方法或算法的步骤可以直接由处理器1100执行的硬件、软件模块或两者的组合来实施。软件模块可以驻留在存储介质(即，存储器(memory)1300和/或存储器(storage)1600)中，诸如ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘和cd-rom。
[0093]
示例性存储介质联接到处理器1100，其可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。替代地，存储介质可以与处理器1100集成。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(asic)内。asic可以驻留在用户终端内。替代地，处理器和存储介质可以作为单独的组件驻留在用户终端内。
[0094]
以上描述仅是对本发明的技术思想的说明，并且本发明所属领域的技术人员可以在不脱离本发明的本质特征的情况下进行各种修改和变化。
[0095]
因此，本发明中公开的示例性实施方式并非旨在限制本发明的技术思想，而是解释它们，并且本发明的技术思想的范围不受这些示例性实施方式的限制。本发明的保护范围应由以下权利要求解释，并且在等效范围内的技术思想均应解释为包含在本发明的范围内。