驾驶辅助系统以及驾驶辅助方法

专利名称：驾驶辅助系统以及驾驶辅助方法
技术领域：
本发明涉及一种驾驶辅助系统，其具有用于通it^"车辆的转向4^施 加转向扭矩而使其转向的致动器，由此辅助车辆的驾驶。
背景技术：
已知这样的驾驶辅助系统，其通过由摄^4^等获取的车辆前方道路 的图像或视频并且基于所述图像或视频检测行驶i M圣、从而辅助防止车 辆离开指定的行驶路径行驶。这种驾驶辅助系统称为车道保持(辅助) 系统。存在两种类型的车道保持(辅助)系统。 一种类型仅在车辆偏离 其行驶路径时提供对驾驶者的警告。第二种类型在车辆偏离其行驶， 时借助于致动器通过转向(或辅助转向)转向轮来主动地校正偏离。日本专利申请公报No. JP-A-2001-10518公开了第二种类型的系统的示例。日本专利申请公报No. JP-A-2001-10518 7>开的车辆转向控制系统 基于车辆前方区域的图像或视频计算车辆前方道路的曲率、或者车辆的 偏离(偏离距离)和横摆角。然后，基于道路曲率、偏离及横摆角，借 助于致动器来适当地转向所述转向轮，以防止车辆离开其行^5^径。偏 离还称作横向偏离，并表示车辆相对于行驶5M圣在车辆横向上的偏差。 能够基于例如车辆的纵向轴线和/或车辆行驶的车道的中线的适当基准 来计算该偏离。横摆角也称作方向角，并表示车辆相对于行驶路径的行 驶方向。然而，在日本专利申请公报No. JP-A-2001-10518公开的车辆转向 控制系统中，因为系统控制器的设计没有考虑车辆特性取决于车速的变 化，所以不管车速如何都施加相同的转向控制。事实上，当车辆以高速 行驶时，驾驶者倾向于紧握方向盘。在这种情况下，如果采用上述转向 控制来使转向轮转向，则由转向动作产生的>^作用力将传递到驾驶者， 即使该反作用力非常小，也会造成驾驶者感觉到不适。发明内容本发明提供一种驾驶辅助系统以及一种驾驶辅助方法，其可以在车 辆高速行驶时降低通过致动器进行转向控制所导致的驾驶者的不适。本发明的第一方面提供一种驾驶辅助系统，其包括转向车辆的转向轮的致动器以辅助车辆的转向操作。此外，驾驶辅助系统包括车速检 测单元，其检测车辆的速度；信息获取单元，其获取车辆周围的信息； 位置偏差检测单元，其基于由信息获取单元获取的信息检测车辆位置与 车辆的前行路径的偏差；转向控制变量确定单元，其确定消除车辆位置 与车辆的前行路径的偏差所需的转向控制变量；以及转向控制单元，其 基于转向控制变量控制致动器，其中，如果由车速检测单元检测出的车 速等于或大于第一预定速度，则对于给定的车辆位置与前行路径的偏 差，转向控制变量随车速的增加而减小。根据驾驶辅助系统，如果由车速检测单元检测出的车速等于或大于 阈值速度，则确定转向控制变量，使得由致动器产生的转向量随车速的 增加而减小。因此，由转向轮的转向动作导致的、传递到驾驶者的^^作 用力可随车速的增加而下降。因此，可以在车辆高速行驶时降低驾驶者 可能感觉到的不适。转向控制变量可以是用于施加到转向轮的转向扭矩的控制变量。这样，通过使用转向扭矩控制变量作为转向控制变量来控制由致动 器施加到转向轮的转向扭矩，可以容易地控制转向控制变量。转向控制变量确定单元可包括计算车辆的目标横向加速度的目标 横向加速度确定单元，所述目标横向加速度用于校正车辆位置与前行路 径的偏差，且转向控制变量确定单元基于所计算出的目标横向加速度确 定转向控制变量。此外，车辆位置与前行路径的偏差可以是车辆相对于前行路径在其 横向上的位置偏移或者是车辆相对于前行路径的角移位。可替代地，车 辆位置与前行路径的偏差可以是两者之间在注视点距离处的偏差。在 此，注视点距离意味着车辆与驾驶者注朝L位置处之间的距离，以及车辆 与用于获得车辆在行驶预定距离后的位置偏移的基准位置之间的距离。此外，转向控制变量确定单元基于通过将车辆位置与前行路径的偏 差乘以控制增益而获得的值来确定转向控制变量。特别地，如果由车速 检测单元检测出的车速等于或大于阈值速度，则对于给定的车辆位置与 前行路径的偏差，控制增益随车速的增加而减小。这样，通过随着车速的增加而减小控制增益，能够容易地获得转向 控制变量。此外，转向控制变量确定单元可包括目标横摆率确定单元，目标横 摆率确定单元计算车辆的适于校正车辆位置与前行路径的偏差的目标横摆率，且转向控制变量确定单元基于该目标横摆率确定转向控制变 量。由此，可基于目标横摆率来确定转向控制变量。根据本发明的驾驶辅助系统，可以在车辆高速行驶时降低通过致动 器的转向控制所导致的驾驶者的不适。在本发明的第二方面中，驾驶辅助方法通过控制用于转向车辆的转向轮的致动器来辅助车辆的转向操作。该驾驶辅助方法包括检测车辆 的U;获取车辆周围的信息；检测车辆位置与车辆的前行路径的偏差； 确定消除车辆位置与车辆的前行路径的偏差所需的转向控制变量；以及 基于转向控制变量控制致动器。在该驾驶辅助方法中，如果由车速检测 单元检测到的车速等于或大于第一阈值速度时，对于给定的车辆位置与 前行路径的偏差，转向控制变量随车速的增加而减小。


通过下文结合附图描述的优选实施方式，本发明的上述以及其他目 的和特征将变得明显，其中图l是根据本发明的驾驶辅助系统的框图；图2所示的视图描述了如何借助安装在车辆上的图像传感器来获 取车辆前方的车道的图像数据；图3所示的视图描述了当车辆在车道上行驶时所涉及的各种it^ 参数和行驶械；图4描述了直接从目标偏离距离和目标横摆角来计算目标横向加速度的过程；图5提供的流程图描述了根据本发明的驾驶辅助系统的控制顺序；图6A示出了车速与从偏离距离直接计算出的目标横向加速度之 间的关系，而图6B示出了车速与从横摆角直接计算出的目标横向加速 度之间的关系；图7提供的视图描述了用于通过两个步骤来计算目标横向加iiJL 的过程，两个步骤为从目标偏离距离和目标横摆角来计算目标横摆率并 然后从目标横摆率计算目标横向加速度；图8A示出了车速与从通过偏离距离获得的目标橫摆率计算出的 目标横向加速度之间的关系，而图8B示出了车速与从通过横摆角获得 的目标横摆率计算出的目标横向角速度之间的关系；以及图9A示出了车速与4注视点距离处的偏离距离和横摆角计算 出的目标横向加速度之间的关系，而图9B示出了车速与从通过注视点 距离处的偏离距离和横摆角获得的目标横摆率计算出的目标横向加速 度之间的关系。
具体实施方式
在下文中，将参照附图具体描述本发明的优选实施方式，其中在附 图中相同的附图标记指示相同的部件，并且将省略对其的冗余描述。如图1所示，安装在车辆1中的驾驶辅助系统包括执行驾驶辅助控 制(车道保持控制)的ECU (电子控制单元)2。如图1所示，车辆1 具有安装在车辆1的内部中的方向盘3。驾驶者操纵方向盘3以使转向 轮(此处为左前轮FL和右前轮FR)转向。方向盘3固定于转向轴4 的一端，从而在方向盘3转动时旋转转向轴4。齿条6经由转向齿轮箱5连接到转向轴4的另一端。转向齿轮箱5 将转向轴4的旋转运动转换成齿条6沿其轴向的线性运动。齿条6的两 端经由转向节臂7分别连接到前轮FL和FR的轮毂架。利用这种构造， 当方向盘3旋转时，前轮FL和FR将经由转向轴4和转向齿轮箱5 (齿 条6)转向。此外，如图2所示，作为信息获取单元的电荷耦合器件(CCD)摄 像机8安装在车辆1的后视镜中以获取车辆1前方区域的图像。位于车 辆1前窗30上方的前部区域中的CCD摄#4^ 8获取车辆1前方区域的 图像，因此获得车辆1前方区域的图像以作为车辆1的周围信息数据。 具体地，摄像机8摄下车辆在其上行驶的道路50的车道51周围的移动 画像。
CCD摄像K 8连接到图像处理单元9，且由CCD摄#4^ 8获得的 图像数据输出到图像处理单元9。图像处理单元9处理从CCD摄^4/L 8 提供的图像数据，并基于例如画在道路50上的车道分界线(白线)来 检测车辆1前方的车道(行驶路径)51。在由摄像机8摄下的图像或视 频中，由于道路表面与其上的白线之间的亮度差异明显，所以白线的检 测相对容易，这进而允许容易地检测车辆1前方的车道51。
图像处理单元9连接到ECU2。基于通itXt图像数据的图像处理而 检测出的车道51,图像处理单元9计算前方行驶路径的曲率1/R以及车 辆l相对于车道51的偏离距离D和横摆角e。车辆1的偏离距离D对 应于车辆1相对于行驶路径沿车辆1横向的位置偏移。
图像处理单元9基于检测出的车道51计算前方行驶5M圣的曲率(X =1/R)和/或车辆1相对于车道51的偏离距离D和横摆角e,如图3 所示。此处，偏离距离D对应于车辆l的纵向中心轴线la与车道中线 51C在车辆1重心位置处的切线51a之间的横向偏差，车道中线51C画 于车道51的右线51R和左线51L之间。此外，横摆角e对应于由中心 轴线la和车道中线51C在车辆1重心位置处的切线51a所形成的角(斜 度)。
图像处理单元9将前方行驶路径的曲率1/R以及车辆1的偏离距离 D和横摆角0输出到ECU 2。可以通过本领域中已知的方法从图像来计 算前行路径的各种M (例如车道曲率1/R、偏离距离D和横摆角e )。 此处，CCD摄像机8用作成像单元，而图像处理单元9用作位置偏差 检测单元。可替代地，图^f象处理单元9可在部分处理后将图《象输出到 ECU2，而ECU2可计算车道曲率1/R、偏离距离D和横摆角e。在这 种情况下，ECU 2作为位置偏差检测单元。
此外，转向角传感器10和车速传感器11也连接到ECU2。转向角传感器10根据方向盘3的转向角输出信号。车速传感器11构造成附连 到车辆的各个车轮的车轮速度传感器，其在取决于车速的周期内产生脉 冲信号。即，车速传感器11用作车速检测单元。还可以安装检测车辆 的纵向加速度的加速度传感器以作为车速检测单元，在这种情况下，通 过来自于加4JL传感器的输出的时间积分来检测车速。来自转向角传感 器10和车速传感器11的输出信号输送至ECU 2，且ECU 2基于接收 的信号来检测转向角和车速。
此夕卜，横摆率传感器12、导航系统13和转向扭矩传感器14连接到 ECU 2。横摆率传感器12设置成靠近车辆1的重心以检测相对于中央 垂直轴线的横摆率并将结果送至ECU 2。此外，导航系统13是利用全 球定位系统(GPS)等来检测车辆1的当前位置的设备。导航系统13 还检测车辆1前方道路的曲率1/R或斜度。ECU 2确定车辆1的当前位 置以及车辆1将要在其上行驶的道路的状况。转向扭矩传感器14附连 到转向轴4，并在驾驶者操纵方向盘3时检测转向扭矩。所检测到的转 向扭矩送至ECU2。
此外，马达驱动器15也连接到ECU 2，并且设置在转向齿轮箱5 中的马达(致动器)16连接到马达驱动器15。尽管未示出，齿条6设 有部分地形成在其外周表面中的^Mf紋槽，并且在马达16的转子处 固定有M螺母，在滚珠螺母的内周表面处具有与齿条6的滚珠螺玟槽 相对应的滚珠螺紋槽。多个轴承M容置在成对的M螺玟槽之间，并 且在马达16驱动时转子旋转，因此辅助齿条6沿其轴向的线性运动， 即转向操作。在本发明中，马达驱动器15用作转向控制单元且ECU 2 起到转向控制变量确定单元和目标横向加速度确定单元的作用。
马达驱动器15响应来自ECU 2的指^Ht号将驱动电流供应到马达 16。然后，马达16对齿条6施加转向扭矩，转向扭矩为取决于来自马 达驱动器15的驱动电流的转向控制变量。即，通过给马达驱动器15提 供指令信号以与如下文将描述的逻辑相一致地致动马达16，使得ECU 2
控制齿条6的移位从而转向车轮FL和FR。
此外，告警灯17和警报器18也连接到ECU 2。告警灯17于能够 容易地由驾驶者或乘客看到的位置处设置在车辆内部。告警灯17响应 来自ECU2的指令信号而打开。此外，警报器18按照来自ECU2的指 令信号而在车辆1的内部产生警报声。通过根据下文将描述的逻辑来致动告警灯17和警报器18， ecu 2通过听觉和视觉来警告驾驶者。
现在将简要地描述车道保持控制(驾驶辅助控制)机构。首先将解 释车道保持控制的概要。在车道保持控制中，基于前方车道的曲率1/r 和车速v来计算沿车辆1前方行驶车道的转弯来驾驶车辆1所需的横向 加速度。此外，还计算将当前偏离距离d校正到目标偏离距离do所需 的横向加速度，其中当前偏离距离d代表车辆1与车辆1的期望行驶路
径的偏差。还计算将车辆i的横摆角e校正到目标横摆角eo所需的横
向加速度。然后，通过叠加这些横向加速度来获得目标横向加速度。通 过为车辆1产生目标横向加速度，使车辆1沿前方车道的转弯行进，同
时通过将当前偏离距离d和当前横摆角e分别调整到目标偏离距离do
和目标横摆角eo来减小偏离距离d。
接下来，将进一步具体地解释车道保持控制机构。首先，基于由
ccd摄H^8获得的图傳教据来检测道路的车道。然后，驱动马达16 以转向车轮fl和fr，使得车辆1沿检测到的车道行驶。更具体地， 确定从ccd摄争艮8的图像数据检测到的车道与车辆1的当前位置之 间的位置关系，其中如上所述地，能够基于车道曲率1/r、偏离距离d、
横摆角e等来获得该关系。
然后，计算形成预定的目标位置关系(允许车辆l沿前方行驶it^
行驶的位置关系)所需的用于移动车辆1的控制变量(即，目标横向加
速度，其用作马达16的控制变量(转向扭矩变量))。其后，基于计算 出的控制变量，驱动马达16对齿条6施加转向扭矩，因此使车轮fl 和fr转向。通过转向操作，可以无需驾驶者操纵方向盘3地或通过辅 助驾驶者操纵方向盘3地沿着行驶车道驾驶车辆1。
在下文中，将描i^根据本发明的第一实施方式的驾驶辅助系统中 直接从目标偏离距离和目标横摆角计算目标横向加速度的顺序，其中针
对将目标偏离距离d0和目标横摆角eo的值均设为0、同时假设车辆1
在直路上行进的情形进行描述。
图4解释了根据本发明的第一实施方式在驾驶辅助系统中直接从目 标偏离距离和目标横摆角计算目标横向加速度的顺序。
如图4所示，为了直接从偏离距离和横摆角计算目标橫向加速度， 首先确定车辆1的当前偏离距离d和当前横摆角e。为此目的，通过CCD摄*机8获取车辆1前方区域的图像，并且基于图像数据通过图 像处理单元9或ECU 2来计算前方车道的曲率1/R、车辆1的偏离距离 D和横摆角e,作为前行路径的信息。此外，可通过几何地计算前方车 道的转弯半径R并然后取其倒数来获得车道曲率1/R。
预先确定出目标偏离距离DO和目标横摆角00。如上所述，从获取
的图像获得当前偏离距离d和当前横摆角e。第一操作单元ioi计算车
辆1的当前偏离距离D与目标偏离距离DO的偏差(在本实施方式中其 等于偏离距离D )，而第二操作单元102计算当前横摆角e与目标横摆
角eo的偏差(在本实施方式中其等于横摆角e)。
接下来，将描述用于计算补偿偏离距离D (即，用以使偏离距离D 接近目标偏离距离DO)所需的横向加iiJL的控制增益。通过将增益系 数乘以偏离距离D与目标偏离距离DO的偏离距离偏差(DO-D)来获 得补偿偏离距离D的横向加速度。此处，第一判定单元103判定车速V 是否等于或大于预定的第一速度VI,并且如果是这样(Vl^V)，则在 第一乘法单元105中通过增益系数K13执行乘法，对于给定的偏离距离 D，增益系数K13随车速V的增加而减小。此处，第一速度Vl可设定 为例如落在大约120至150 km/h的范围内一一其为车辆1行驶在高速 乂^路上的预期高速范围 一一的值。
同时，如果车速V小于第一速度V1，则第二判定单元104判定车 速V是否等于或大于预定的第二速度V0，该第二l复V0小于第一速 度V1。如果车速V等于或大于第二速度VO (V0￡V<V1)，则在第二乘 法单元106中通过增益系数K12执行乘法，以不管车速V如何波动都 保持目标横向加ii;l恒定。此夕卜，如果车速V小于第二itJL VO( V<V0 )， 则在第三乘法单元107中通过增益系数Kll执行乘法，对于给定的偏离 距离D，增益系数Kll随车速V的增加而增加。此处，第二速度VO设 定为例如落在大约50至80 km/h的范围内一一其为高速公路的速度下 限——的值。
接下来，将描述补偿横摆角e (即，使得横摆角e接近目标横摆角 eo)所需的横向加速度。通过将横摆角e与目标横摆角eo的偏差(eo -e)乘以增益系数来获得补偿横摆角e的目标橫向加速度。此处，第 三判定单元108判定车速v是否等于或大于笫一速度vi，并且如果是
这样(V1SV),则在第四乘法单元IIO中通过增益系数K23执行乘法，对于给定的偏离距离D，增益系数K23随车速V的增加而减小。另一 方面，如果车速V小于第一速度V1，则在第四判定单元109中判定车 速V是否等于或大于第二速度VO——该第二速度VO小于第一速度V1， 并且如果是这样(V0SV<V1)，则在第五乘法单元111中通过增益系数 K22执行乘法，该增益系数K22不管车速V如何都保持目标横向加速 度恒定。然而，如果车速小于第二速度VO (V<VO)，则在第六乘法单 元112中通过增益系数K21执行乘法，对于给定的偏离距离D，增益系 数K21随车速V的增加而增加。
在通过上述过程确定控制增益之后，操作单元113通过控制增益和 车速V以下面的顺序来计算补偿偏离距离D和横摆角e所需的目标横 向加速度。
在此，当车速V小于第二速度VO (V<VO)时，可以从下面的方程 (1)获得目标横向加速度。
目标横向加速度Klx(偏离距离)+1^2乂(横摆角) …(l) 其中，K11 = K1V， K12 = K2.V,
Kl和K2是不依赖于车速V的系数。
另外，当车速V至少为第二速度VO但是小于第一速度VI (V05V<V1)时，可以从下面的方程(2)获得目标横向加速度。
目标横向加速度二K12x(偏离距离)+1^22乂(横摆角) …(2)
其中，K12 = K11V0/V = K1V0，
K22 = K21.V0/V = K2.V0。
另外，当车速V等于或大于第一速度V1 (visv)时，可以从下面 的方程(3)获得目标横向加速度。
目标横向加i^-K13x(偏离距离)+1^23乂(横摆角) …(3)
其中，K13 = K12V1/V = K1.V0V1/V,
K23 = K22.V1/V = K2.V0V1/V。
在获得目标横向加速度之后，扭矩操作单元114计算产生目标横向 加速度所需的转向量(马达16的驱动扭矩)。接下来，驱动电子控制动力转向系统(EPS)115 — 一即马达16—— 以产生算出的驱动扭矩，因此使左前轮FL和右前轮FR转向，以保持 车辆在车道内行进。如果车辆l转弯，则由CCD摄^4^8获取车辆1 前方区域的其它图像，并且重复上述控制过程。
接下来，下面将解释根据第一实施方式的驾驶辅助系统的控制顺 序。图5是描述驾驶辅助系统的控制顺序的流程图。
如图5所示，驾驶辅助系统的控制过程的第一步为检测白线(Sl)。 图像处理单元9通过由CCD摄像机8获取的车辆1前方周围区域的图 像来险测白线。然后，基于由此检测到的白线的数据，判定车辆l与道 路上的车道之间的当前位置关系。如上所述，可通过车道曲率1/R、偏 离距离D和横摆角e来获得该位置关系。
然后，基于由转向扭矩传感器14检测到的转向扭矩或基于由CCD 摄像机(未示出)获取的驾驶者的移动图像来判定驾驶者是否在转向车 辆1 (S2 )。
作为结果，如果判定驾驶者没有在转向车辆1，则选择常规的控制 增益(S4)。例如，为偏离距离D选^^控制增益K12同时为横摆角0选 择控制增益K22，其中控制增益K12和K22是对于给定的偏离距离D 而言不管车速如何都可使目标横向加速度保持恒定的值。此处，因为当
驾驶者不转向车辆1时驾驶者不会感受到由转向动作引起的反作用力， 所以选择常规的控制增益。可替代地，如果没有步骤S2，即使在驾驶者 不转向车辆1时也可以设定各种控制增益。此外，在驾驶者不转向车辆
1时，可以选择不大于常规控制增益的控制增益。
但是，如果在步骤S2中判定驾驶者在转向车辆，则然后判定当前 车速V是否等于或大于预定的第 一速度VI ( S3 )。如果发现当前车速V 等于或大于第一速度V1，则对于给定的偏离距离D选择随车速V的增 加而减小的控制增益(S5)。具体地，分别为偏离距离和横摆角设定控 制增益K13 ( =K12'V1/V)以及控制增益K23 ( =K22'V1/V)。如上所 述，通itxt给定的偏离距离D选择随着车速V的增加而减小的控制增 益，使得当车辆l以高速行驶时转向扭矩的反作用力下降，因此降低了 驾驶者可能感受到的不适。
同时，如果车速V小于第一速度Vl,则判定车速V是否小于第二速度V0(S6)。如果车速V小于第二车速VO，则与常规控制增益相比， 对于给定的偏离距离选择随车速增加而增加的控制增益(S7)。具体地, 分别为偏离距离D和横摆角0设定控制增益Kll ( -Kl'V)以及控制 增益K21 ( = K2.V)。同时，当车速V等于或大于第二速度V0时，为 偏离距离D和横摆角e选择常规的控制增益(S4 )。
然后，在通过上述过程确定控制增益之后，利用方程(1)至(3) 来计算目标横向加速度，并且确定用于产生目标横向加速度的马达16
的控制变量(S8)。然后，将确定的马达16的控制变量输出至马达16 (S9)，并且驾驶辅助控制终止。
图6A和6B示出目标横向加速度与车速之间的关系。如可从图6A 中看到的，在传统的控制机构中，对于给定的偏离距离，不管车速如何 都保持恒定的相同目标横向加ilA。即，甚至当车速降到小于第二i1^ V0或增加到高于第一速度VI时也保持相同的目标横向加速度。相反 地，根据本发明，对于给定的偏离距离，当车速V小于第二速度VO时， 用以补偿该偏离距离的目标横向加速度随车速的增加而增加，而当车速 V等于或大于第一速度V1时，用以补偿该偏离距离的目标横向加速度 随车速的增加而减小。如上所述，当车速V等于或大于第一速度V1时， 通过设定随车速的增加而减小的控制增益，可以在车辆高速行驶时降低 转向扭矩的反作用力，从而能够降低驾驶者的不适。
另外，如图6B所示，在传统的控制机构中，对于给定的横摆角， 不管车速如何都保持相同的目标横向加速度。即，甚至当车速降到小于 第二速度V0或增加到高于第一速度VI时也保持相同的用以补偿该横 摆角的目标横向加速度。相反地，根据本发明，对于给定的横摆角，当 车速V小于第二速度V0时，用以4hf尝该横摆角的目标横向加速度随车 速的增加而增加，而当车速V等于或大于第一速度V1时，用以^M尝该 横摆角的目标横向加速度随车速的增加而减小。如上所述，当车速V等 于或大于第一速度V1时，通过设定随车速的增加而减小的控制增益，
可以在车辆高速行驶时降低转向扭矩的反作用力。从而，能够降低驾驶 者感受到的不适。
第二实施方式与第一实施方式相似，除了通过将目标横摆率乘以车 速来计算目标横向加速度之外。通过将控制增益分别乘以偏离距离和横
摆角来获得目标横摆率。相反地，在第一实施方式中，直接从偏离距离和横摆角计算目标横向加il;变。
在根据第二实施方式的车道保持控制机构中，基于车辆l前方的行 驶车道的曲率1/R和车速V来计算允许车辆1沿行驶车道的转弯行驶的 横摆率cor。此外，计算使当前偏离距离D等于目标偏离距离D0所需 的横摆率cod,其中当前偏离距离D代表车辆1与车辆1行驶路径的偏
差。同样，还计算使当前车辆i的横摆角e等于目标横摆角eo所需的
横摆率coe。然后，通过将横摆率(or、 cod和(00叠加来获得目标横摆率 (0。通过产生车辆l的目标横摆率co，允许车辆1沿前方车道的转弯行
驶，并且可以通过将偏离距离d和横摆角e分别调整到目标偏离距离
do和目标横摆角eo来校正偏离多巨离d。
在下文中，将参照图7提供的框图来描述用于从偏离距离和横摆角
计算目标横摆率并然后从目标横摆率计算目标横向加速度的方法。 在该例中，首先计算偏离距离和横摆角。为了计算偏离距离和横摆
角，首先由CCD摄IN^8获取车辆1前方区域周围的图像，并且基于 图傳教据通过图像处理单元9或ECU 2来计算前方车道的曲率1/R、车
辆i的偏离距离d和横摆角e以用作前行路径状况。此外，可通过几何
地计算前方车道的转弯半径R并取其倒数来获得转弯曲率1/R。在第二 实施方式中，ECU2用作目标横摆率确定单元。
第一^Mt单元121计算车辆1的当前偏离距离D与目标偏离距离 DO的偏差(在本实施方式中其等于偏离距离D),而第二操作单元122
计算当前横摆角e与目标横摆角eo的偏差(在本实施方式中其等于横 摆角e)，其中预先确定目标偏离距离Do和目标横摆角eo，并且如上所 述地从获取的图像获得当前偏离距离d和当前横接角e。
在下文中，将描述补偿偏离距离D (即，使偏离距离D接近目标值) 所需的横摆率od。通过将增益系数乘以目标偏离距离DO与当前偏离距 离D的偏离距离偏差(DO - D )来获得用于补偿偏离距离D的横摆率o)d。 此处，第一判定单元123判定车速V是否等于或大于预定第一速度VI， 并且如果是这样(V15V)，则在第一乘法单元125中通过用于给定的偏 离距离D的增益系数K33执行乘法，增益系数K33随车速V的增加而 减小。此处，第一速度VI设定为例如落在大约120至150 km/h的范围 内一一其为车辆l行驶在高速公路上的预期高速范围一一的值。同时，如果车速V小于第一速度V1，则第二判定单元124判定车 速V是否等于或大于预设的第二it;变V0，该第二速度V0小于第一速 度V1。如果车速V等于或大于第二速度VO (V0SV<V1)，则在第二乘 法单元126中通过增益系数K32执行乘法，以保持恒定的横向加速度。 此外，如果车速V小于第二速度VO (V<V0),则在第三乘法单元127 中通过增益系数K31执行乘法，对于给定的偏离距离D,增益系数K31 随车速V的增加而增加。此处，第二速度VO可设为与高速公路的速度 下PM目等，即落在例如大约50至80km/h的范围内的值。
接下来，将描述补偿横摆角e (即，使得横摆角e接近目标横摆角 eo)所需的横摆率coe。通过将增益系数乘以当前横摆角e与目标横摆 角eo的偏差(eo-e)来获得补偿横摆角e的横摆率we。此处，第三
判定单元128判定车速V是否等于或大于第一速度VI;并且如果是这 样(V1^V)，则在第四乘法单元130中通过增益系数K43执行乘法，对 于给定的偏离距离D，增益系数K43随车速V的增加而减小。另一方 面，如果车速V小于第一速度V1，则在第四判定单元129中判定车速 V是否等于或大于第二速度VO——该第二4A VO小于第一逸变VI， 并且如果是这样(V0SV<V1)，则在第五乘法单元131中通过增益系数 K42执行乘法，以调整车速V恒定。另外，如果车速V小于第二速度 VO (V<VO)，则在第六乘法单元132中通过增益系数K41执行乘法， 对于给定的偏离距离D，增益系数K41随车速V的增加而增加。
另外，基于上述的车道曲率1/R来计算允许车辆1沿前方车道的转 弯行驶所必须的横摆率cor。车道曲率1/R和由车速传感器11检测出的 车速V输入到前馈控制器133，并且根据预定特性通过车道曲率1/R和 车速V来计算对车道曲率l/R的横摆率cor。然后，通过借助于叠加单 元134叠加三个所获得的横摆率来获得目标横摆率o。在目标横向加速 度计算单元135中通过由车速传感器11检测到的车速V将目标横摆率 0)转换成目标横向加速度。
在此，当车速V小于第二速度VO (V<V0)时，可以从下面的方程 (4)计算出目标横摆率，以及可以从下面的方程(5)计算出目标横向 加速度。
目标横摆率-K31x (偏离距离)+1^41乂(横摆角)+肌 …(4)其中，K31和K41是不依赖车速V的系数。
目标横向加4A =(目标横摆率)xv(5 )
另外，当车速V至少为第二il^VO但是小于第一il^Vl时，可 以通过下面的方程(6)计算出目标横摆率，并且可以从上面的方程(5 ) 计算出目标横向加速度
目标横摆率二K32x (偏离多巨离)+&42乂(横摆角)+cor …(6)
其中，K32 = K31'V0/V，
K42 = K41V0/V。
另外，当车速V至少是第一速度V1时，可以通过下面的方程(7) 计算出目标横摆率，以及可以通过上面的方程(5 )计算出目标横向加 速度《
目标横摆率-K33'(偏离距离)+1043'(横摆角)+cor …(7)
其中，K33 = K32V1/V = K31V0V1/V2，
K43 = K42V1/V = K41V0V1/V2。
在如上所述地获得目标横向加iUL之后，扭矩操作单元136计算产 生目标横向加速度所需的转向量(马达16的驱动扭矩)。
然后，驱动EPS 137— —即马达16—一来产生驱动扭矩，因此转向 左前轮FL和右前轮FR，从而车辆1转向以保持沿车道行进。如果车 辆1转弯，则通过CCD摄像K 8获取车辆1前方区域周围的其它图像， 并且重复上述的车道保持控制。
图8A和8B示出如上所述地获得的目标横向加速度与车速之间的关 系。如图8A中可以看到，在传统的控制机构中，对于给定的偏离距离， 不管车速如何都保持恒定的相同目标横向加速度。即，甚至当车速降到 小于第二速度VO或增加到高于第一速度VI时也保持相同的目标横向 加速度。相反地，根据本发明，对于给定的偏离距离，当车速V小于第 二速度VO时，用以补偿该偏离的目标横向加速度随车速的增加而增加， 而当车速V等于或大于第一速度VI时，用以补偿偏离的目标横向加速 度随车速的增加而减小。如上所述，通过设定随车速的增加而减小的控 制增益，可以在车辆高速行驶时降低转向扭矩的反作用力，从而能够降低驾驶者的不适。
另外，如图8B所示，在传统的控制机构中，对于给定的横摆角， 不管车速如何都保持相同的目标横向加速度。即，甚至当车速降到小于 第二速度V0或增加到高于第一i!JL VI时也保持相同的用以补偿该横 摆角的目标横向加速度。相反地，根据本发明，对于给定的横摆角，当 车速V小于第二速度V0时，补偿该横摆角的目标横向加速度随车速的 增加而增加。另外，当车速V等于或大于第一速度V1时，补偿该横摆 角的目标横向加速度随车速的增加而减小。如上所述，通过设定随车速 的增加而减小的控制增益，可以在车辆高速行驶时降低转向扭矩的>^作 用力，从而能够降低驾驶者的不适。
另外，尽管在第二实施方式中基于目标横向加速度来确定马达16 的驱动量，但是还可以基于目标横摆率来决定马达16的驱动量。
本发明的第三实施方式除了直接从目标偏离距离和目标横摆角计 算目标横向加速度之外也与第一实施方式相似，在第三实施方式中，获
得目标横向加速度，以作为用于消除车辆1位置与前行路径在注视点距 离处的偏差的控制变量。相反地，在第一实施方式中，计算横向加itJL， 作为用于消除偏离距离D的控制变量，偏离距离D是车辆位置与前行 路径在车辆横向上的移位。
在该例中，如果车速V小于预定的第二速度V0 (V<V0 )，则可以 通过下面的方程(8)计算目标横向加速度。
目标横向加速度-K51.Vx((偏离距离)+ (注视点距离)x(横摆 角)} ...(8)
其中，K51是不依赖车速V的系数。
另夕卜，当车速V等于或大于第二速度V0但是小于预定第一速度VI (V0^V<V1)时，可以通过下面的方程(9)计算目标横向加速度。
目标横向加速度=K52x((偏离距离)+ (注视点距离)x (横摆角)}
…(9)
其中，K52 = V0.K51。
另外，当车速V等于或大于第一速度V1 (V1￡V)时，通过下面的 方程(10 )计算目标横向加速度。目标横向加速度-K53' (1/V) x{(偏离距离)+ (注视点距离)x (横摆角)} …(10)
其中，K53 = V0V1K51。
图9A描述了由此获得的目标横向加速度与车速之间的关系。如图 9A所示，在传统的控制机构中，不管车速如何都保持相同的目标横向 加速度。相反地，根据本发明的第三实施方式，对于给定的偏离距离， 当车速V等于或大于第一速度V1时目标横向加iiA随车速的增加而减 小。如上所述，通过设定随车速的增加而减小的控制增益，可以在车辆 高速行驶时降低转向扭矩的反作用力，从而能够降低驾驶者的不适。
本发明的第四优选实施方式除了通过将控制增益分别乘以偏离距 离和横摆角、并且考虑到目标横摆率和车速所获得的目标横摆率来计算 目标横向加速度之外与第二实施方式相似，在第四实施方式中，获得目 标横向加速度，以作为用于消除车辆位置与前行路径在注视点距离处的 偏差的控制变量，然而在第二实施方式中，计算目标横向加速度，以作 为用于消除偏离距离D的控制变量，偏离距离D是车辆位置与前4亍路 径在车辆横向上的移位。在该例中，如果车速V小于预定第二速度VO (V<VO)，则通过下面的方程(11)计算目标横摆率，并且通过上面的 方程(5)计算目标横向加速度。
目标横摆率-K61x((偏离距离)+ (注视点距离)x (横摆角)}
+ cor …(11)
其中，K61是不依赖车速V的系数。
另外，当车速V等于或大于第二速度VO但是小于第一速度VI (V05V<V1)时，可通过下面的方程(12 )计算目标横摆率和目标横向 加速度，并且通过上面的公式(5)计算目标横向加速度。
目标横摆率=目标横向加速度=K62. (1/V) x{(偏离距离)+ (注
视点距离)x (横摆角)} + cor …(12)
其中，K62 = V0K61。
另外，当车速V等于或大于第一速度V1 (visv)时，可通过下面 的方程(13)计算目标横摆率，并且可通过上面的方程(5)计算目标 横向加4A。目标横摆率=K63' (1/V2) x{(偏离距离)+ (注视点距离)x (横 摆角)} + or (13)
其中，K63 = V0V1K61。
图9B示出了由此获得的目标横向加速度与车速之间的关系。如图 9B所示，在传统的控制机构中，不管车速如何都保持相同的目标横向 加速度。相反地，根据本发明的第四实施方式，对于给定的偏离距离， 当车速V等于或大于第一速度V1时，目标横向加il;复随车速的增加而 减小。如上所述，通过设定随车速的增加而减小的控制增益，可以在车 辆高速行驶时降低转向扭矩的反作用力，从而能够降低驾驶者的不适。
尽管上面已经描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不局限 于此。例如，虽然在本发明的上述优选实施方式中目标横摆率和目标横 向加速度都既补偿偏离距离D又补偿横摆角e，但是可以利用目标横摆
率和目标横向加^来单独补偿偏离距离D或横摆角e。此外，尽管对 于补偿偏离距离d和横摆角e应用了相同的参照车速(第一车速和第二
车速)，但是对于它们能够分别采用不同的参照车速。此外，尽管在上 为用于使车辆转向的控制变量，但是可另外地使用可替代的控制变量一
一例如转向轮的转向角。另外，尽管在上述优选实施方式中采用CCD
摄^4Mt为道路信息获取单元，但是可另外地使用例如能够计算车辆与
其行驶路径偏差的高精度GPS或者车辆信息通信系统(VICS)的可替
代设备。
虽然已经参见优选实施方式示出并描述了本发明，但是本领域的技 术人员将理解可以在不背离如所附权利要求限定的本发明的精神和范 围的情况下进行各种变化和改型。
权利要求
1.一种驾驶辅助系统，其包括用于转向车辆的转向轮(FR，FL)的致动器(60)，所述驾驶辅助系统包括车速检测单元(11)，其检测所述车辆的速度；信息获取单元(8)，其获取所述车辆周围环境的信息；位置偏差检测单元(2；9)，其基于由所述信息获取单元(8)获取的信息检测车辆位置与车辆的前行路径的偏差；转向控制变量确定单元(2)，其确定转向控制变量以校正所述车辆位置与车辆的前行路径的偏差；以及转向控制单元(15)，其用于基于所述转向控制变量控制所述致动器(16)，其中，如果由所述车速检测单元(11)检测出的车速等于或大于第一预定速度，则用于所检测出的车辆位置与前行路径的偏差的所述转向控制变量随车速的增加而减小。
2. 根据权利要求1所述的驾驶辅助系统，其中所述转向控制变量 为用于通过所述致动器(16)施加到所述转向轮(FR， FL)的转向扭 矩的控制变量。
3. 根据权利要求1或2所述的驾驶辅助系统，其中所述转向控制 变量确定单元(2)包括用于计算所述车辆的目标横向加速度的目标横 向加速度确定单元，所述目标横向加速度校正所检测出的车辆位置与前 行路径的偏差，且所述转向控制变量确定单元基于所计算出的目标横向 加速度确定所述转向控制变量。
4. 根据权利要求3所述的驾驶辅助系统，其中通过将下述各项相 加获得所述目标横向加速度校正所述车辆相对于前行路径的横向位置偏移(D)所需的横向加 速度；以及校正所述车辆相对于前行路径的角偏移(e)所需的横向加速度。
5.根据权利要求i到3中任一项所述的驾驶辅助系统，其中所述 车辆位置与前行路径的偏差为所述车辆相对于前行路径的横向位置偏移(D)。
6. 根据权利要求l到3中任一项所述的驾驶辅助系统，其中所述车辆位置与前行路径的偏差为所述车辆相对于前行路径的角偏移(e )。
7. 根据权利要求1到6中任一项所述的驾驶辅助系统，其中，如 果由所述车速检测单元检测出的车速小于比所述第一预定速度低的第 二预定速度，则用于所检测出的车辆位置与前行路径的偏差的所述转向 控制变量随车速的增加而增加。
8. 根据权利要求7所述的驾驶辅助系统，其中，如果由所述车速 检测单元(11)检测出的车速小于所述第一预定速度并等于或大于所述 第二预定速度，则用于所检测出的车辆位置与前行路径的偏差的所述转 向控制变量保持恒定。
9. 根据权利要求1到8中任一项所述的驾驶辅助系统，其中所述 车辆位置与前行路径的偏差为注视点距离位置处的偏差。
10. 根据权利要求1或2所述的驾驶辅助系统，其中所述转向控制 变量确定单元(2)基于通过将所述车辆位置与前行路径的偏差乘以控 制增益而获得的值来确定所述转向控制变量，其中如果由所述车速检测 单元(11)检测出的车速等于或大于所述预定速度，则用于所检测出的 车辆位置与前行i^的偏差的所述控制增益随车速的增加而减小。
11.根据权利要求10所述的驾驶辅助系统，其中，如果由所述车速检测单元(11)检测出的车速小于比所述第一预定it;变低的第二预定 速度，则用于所检测出的车辆位置与前行路径的偏差的所述控制增益随 着车速的增加而增加。
12.根据权利要求7所述的驾驶辅助系统，其中，如果由所述车速检测单元(11 )检测出的车速小于所述第一预定il;变并等于或大于所述 第二预定速度，则所述控制增益确定为使得用于所检测出的车辆位置与 前行路径的偏差的所述转向控制变量保持恒定。
13. 根据权利要求1或2所述的驾驶辅助系统，其中所述转向控制 变量确定单元(2)包括目标横摆率确定单元，所述目标横摆率确定单元计算所述车辆的用以校正车辆位置与前行路径的所述偏差的目标横摆率，且所述转向控制变量确定单元(2)基于所计算出的目标横摆率 确定所述转向控制变量。
14. 根据权利要求13所述的驾驶辅助系统，其中根据通过将所述t量。
15.根据权利要求13或14所述的驾驶辅助系统，其中通过将下述 各项相加获得所述目标横摆率允许所述车辆沿行驶车道的转弯行驶的横摆率；校正所述车辆相对于前行路径的横向位置偏移所需的横摆率；以及校正所述车辆相对于前行路径的角偏移所需的横摆率。
16. —种驾驶辅助方法，其通过控制用于转向车辆的转向轮(FR， FL)的致动器(16)辅助车辆的转向操作，所述驾驶辅助方法包括检测所述车辆的速度； 获取所述车辆周围环境的信息；基于所述信息检测所述车辆位置与车辆的前行路径的偏差；确定用以校正所述车辆位置与车辆的前行路径的偏差的转向控制 变量；以及基于所述转向控制变量控制所述致动器(16)， 其中，如果车速等于或大于第一预定速度，则用于所检测出的车辆 位置与前行路径的偏差的所述转向控制变量随车速的增加而减小。
全文摘要
在具有用于转向车辆的转向轮的致动器(16)的驾驶辅助系统中，位置偏差检测单元(9)基于车辆周围的信息检测车辆位置与车辆的前行路径的偏差。转向控制变量确定单元(2)确定转向控制变量以消除该偏差。如果由车速检测单元检测出的车速等于或大于预定速度，则在车辆位置与前行路径的偏差相等的条件下，由转向控制变量确定单元(2)确定的转向控制变量随着车速的增加而减小。当车辆以高速行驶时，驾驶辅助系统能够降低通过致动器(16)所进行的转向控制导致的驾驶者的不适。
文档编号B62D5/04GK101321655SQ200680044976
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年12月1日
发明者岩崎克彦, 春萨姆特·拉塔庞, 河上清治, 片冈宽晓 申请人:丰田自动车株式会社