专利名称：用于车辆的驾驶辅助装置及其方法
技术领域：
本发明涉及车辆的驾驶辅助装置和方法，用于确定驶向一个目标位置的行驶轨迹并辅助车辆的驾驶，以便该车辆沿着该行驶轨迹行驶。
背景技术：
相关领域的通过自动转向、转向命令等等的使用将车辆引导向一个目标位置的技术例如在特许公开的日本专利申请JP5-297935中被披露，在该相关技术中，为了精确地将车辆引导向一个目标位置和使车辆在目标位置的方位角与一个目标方位角相符，准备了三个基本路径模式，然后，为了补偿在位置、方位角和曲率上的误差，求解一个三次方程。用被如此提供的解决方案，路径模式被类似地变换以便设定一个目标路径。
然而，在该相关技术中，由于必需求解一个三次方程，因而执行了多个复数的计算，所以计算量变得很大。因此对于现有的装在车辆上的计算单元，该计算的实时执行是很难的。此外，高效计算单元的使用导致成本提高，因此是不利的。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种用于车辆的驾驶辅助装置，它在一个车载计算装置中使用一个适合实时路径计算的算法来计算路径。
为了实现上述目标，提供一个根据本发明的车辆驾驶辅助装置和用于它的方法。根据本发明的一个第一驾驶辅助装置是一个用于设定使车辆到达目标位置的目标路径和沿着该目标路径引导车辆的装置，其特征在于，包括用于在车辆的初始位置检测一个初始偏转角的检测装置，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；设定装置，用于将一个基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个0偏转角的状态；和计算装置，用于在一个预定条件下，通过用基本路径作为基础并将一个直线路径加到基本路径之前的位置和基本路径之后的位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
根据本发明的一个第一驾驶辅助方法是一种用来设定一个使车辆到达目标位置的目标路径和沿着该目标路径引导车辆的方法，其特征在于，包括下列步骤用于在车辆的初始位置检测一个初始偏转角的检测装置，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；将一个基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个0偏转角的状态；和在一个预定条件下，通过用基本路径作为基础并将一个直线路径加到基本路径之前的位置和基本路径之后的位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
根据上述的驾驶辅助装置和方法，通过在预定条件下执行转向来将车辆的方位从车辆当前方向改变到车辆在目标位置的方向的基本路径基本上仅仅基于方位角，以致一个路径能通过相对简单的计算被确定。通过将一个直线路径加到一个如上述设定的路径，一个目标路径被计算，从而，计算一个路径是容易的，并且能用高精度计算一个路径。
根据本发明的一个第二驾驶辅助装置是一个用于设定使车辆到达目标位置的目标路径和沿着该目标路径引导车辆的装置，其特征在于，包括用于在车辆的初始位置检测一个初始偏转角的检测装置，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；第一设定装置，用于将一个第一基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第一基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个预定的偏转角；第二设定装置，用于将一个第二基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第二基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从预定的偏转角被改变到一个0偏转角的状态；和计算装置，用于在一个预定条件下，通过用第一基本路径和第二基本路径作为基础和将一个直线路径加到第一基本路径之前的一个位置、第一基本路径与第二基本路径之间的一个位置和第二基本路径之后的一个位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
根据本发明的一个第二驾驶辅助方法是一种用来设定一个使车辆到达目标位置的目标路径和沿着该目标路径引导车辆的方法，其特征在于包括在车辆的初始位置检测一个初始偏转角，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；将一个第一基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第一基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个预定的偏转角；将一个第二基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第二基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从预定的偏转角被改变到一个0偏转角的状态；和在一个预定条件下，通过用第一基本路径和第二基本路径作为基础和将一个直线路径加到第一基本路径之前的一个位置、第一基本路径与第二基本路径之间的一个位置和第二基本路径之后的一个位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
根据上述的驾驶辅助装置和方法，基本路径(在该情况下，两个基本路径，即第一基本路径和第二基本路径)基本上仅仅基于方位角的变化而被设定，并且至少一个直线路径被加到基本路径之前或之后的一个位置或者基本路径之间的一个位置，以便确定一个目标路径。因此，即使在这样一种情况下，即必需增加偏转角直到在路径上的一个中间点被达到，然后如同平行停车的情况下那样减少偏转角以便车辆方向与目标位置的车辆方向一致，计算一个路径也是容易的，并且能用高精度计算一个路径。
在第一和第二装置以及第一和第二方法中，基本路径可以包括一个通过将车辆的转向角增加到一个预定转向角来驾驶车辆的路径，一个通过保持该预定转向角来驾驶车辆的路径，和一个通过将转向角减小到0来驾驶车辆的路径。
根据这种安排，假如在增加转向角阶段和减小转向角阶段中，转向曲率相对于行驶距离的改变量是常量，那么转向曲率相对于行驶距离的改变的图就变成一个梯形的线，转向曲率相对于行驶距离的改变量的积分的值，即梯形的面积等于改变量。因此，计算一个基本路径的运算表达式能被简化，该基本路径是提供一个偏转角的预定改变量所需要的。
第一和第二装置可以进一步包括用于自动转向的自动转向装置，以便沿着设定的目标路径驾驶车辆。第一和第二方法可以进一步包括自动转向的步骤，以便沿着设定的目标路径驾驶车辆。
这种安排将确保沿着路径的可靠引导。
此外，在第一和第二装置中，如果在初始位置的转向角基本上是0，那么计算装置可以计算一个目标路径，在第一和第二方法中，如果在初始位置的转向角基本上是0，那么目标路径可以被计算。
根据这种安排，由于路径设定在转向角基本上是0时被执行，所以除了方位角之外的因素的影响能被从路径的计算中排除，因此，计算精度提高，并且引导向目标位置的精度提高。
更进一步，在第一和第二装置中，计算装置可以通过将基本路径相似放大来计算一个目标路径，在第一和第二方法中，可以通过将基本路径相似放大来计算目标路径。
由于基本路径的相似放大，当被沿着整个放大路径改变的偏转角保持与沿着基本路径的偏转角相同时，转向速率减小，因此，自动转向机构上的负载可以被减小。此外，转向延迟的发生被抑制，以致引导向目标位置的精度进一步提高。
通过阅读下面结合附图进行的对本发明示范实施例的详细说明，将能更好地了解本发明的上述实施例和其它实施例、目标、特征、优点、技术和产业意义。
图1是一个方框图，表示根据本发明一个实施例的停车辅助装置的构造；图2是一个表示入库停车操作的图，该操作是图1中所示装置的第一控制方式下的停车辅助；图3A和3B是一个程序框图，表示在图1中所示装置的第一控制方式下的控制；图4是一个表明在图1所示的装置中在转向角δ和转向曲率γ之间的关系的图；图5A和5B每个都表示一个辅助路径，辅助路径由图3中所示的控制方式设定为在行驶距离和转向曲率之间的关系；图6是一个表示辅助路径以及在车辆和目标位置之间的位置关系的图；图7是一个表示平行停车操作的图，该操作是图1中所示装置的第二控制方式下的停车辅助；
图8是一个程序框图，表示图1中所示装置的第二控制方式下的控制；图9A至9C每个都表示一个辅助路径，辅助路径由图8中所示的控制方式设定为在行驶距离和转向曲率之间的关系；图10是一个程序框图，表示图1中所示装置的第三控制方式的特征部分；图11是一个表明由图10中所示的控制方式设定的路径的位置关系的图；图12是一个表示路径的图，该路径由图10中所示的控制方式设定为在行驶距离和曲率之间的关系。
具体实施例方式
在下面的说明中，将根据示范实施例对本发明进行更详细的描述。
下面将结合一个作为例子的停车辅助装置来描述一个根据本发明的驾驶辅助装置。图1是一个方框图，表示根据本发明一个实施例的停车辅助装置100的构造。停车辅助装置100具有一个自动转向装置20，并被一个停车辅助ECU1控制，该停车辅助ECU1是一个控制装置。停车辅助ECU1由一个CPU、一个ROM、一个RAM、一个输入信号电路、一个输出信号电路、一个供电电路等形成，此外，停车辅助ECU1具有一个处理通过后部摄像机32获得的图像的图像处理部分10和一个控制自动转向装置的转向控制部分11，将在下面对后部摄像机32进行描述。在分享设置于停车辅助ECU1中的CPU、ROM、RAM等的同时，图像处理部分10和转向控制部分11可以在停车辅助ECU1内的硬件方面彼此分开，或可以在软件方面分离。
一个用于检测转向轴21的转向量的转向角传感器23和一个提供转向力的转向执行器24被连接到转向轴21，转向轴21将方向盘22的移动传递到转向车轮25。除了在自动转向模式期间提供转向力之外，转向执行器24可以充当一个在驾驶员转向时提供辅助转向力的动力转向装置，转向控制部分11控制转向执行器24的操作。
转向控制部分11接收转向角传感器23的输出信号，并且还接收车轮速度传感器41的输出信号和一个加速传感器42的输出信号，车轮速度传感器41被提供给多个单独车轮用以检测其转速，加速传感器42检测车辆的加速度。
前述图像处理部分10接收一个图像信号，即后部摄像机32的输出信号，后部摄像机32被布置在车辆的后部部分中用于在向后的方向上获得图像。图像处理部分10被连接到输入装置31以接受驾驶员的关于停车辅助的输入操作，一个以图像的形式向驾驶员显示信息的监视器34，和一个以声音和语音的形式提供信息的扬声器33。
接着，将对停车辅助装置的辅助操作进行具体描述，首先，将对辅助操作的一个第一控制方式进行描述。在第一控制方式中，一个辅助被执行用来进行如图2中所示的“入库停车”操作，在图2中，车辆200被倒入一个面对公路210的车库220，图3是第一控制方式中的控制的程序框图。
图5A和5B以及图6是这样几个图，它们每个都表示在该控制中的一个辅助路径的设定，图5A和5B每个都将一个辅助路径表示为在行驶距离和转向曲率之间的关系，图6是一个表示辅助路径以及在车辆和目标位置之间的位置关系的图。
按照驾驶员对输入装置31的操作，在一个使停车辅助ECU1开始停车辅助的命令输出之后，在图3A和3B中说明的控制开始进行，并且持续被停车辅助ECU1执行，直到i)汽车到达指定的目标停车位置的附近，或ii)确定汽车不能通过一次倒车到达目标停车位置。该控制一直持续，除非辅助操作被驾驶员用输入装置31取消。
具体地，驾驶员将汽车移向一个任意的停车辅助起始位置，并在由后部摄像机32获得并显示于监视器34中的后部图像中确认一个目标位置，之后，驾驶员操作输入装置31以便启动停车辅助控制。如果在监视器34的显示屏中没有看到目标位置，那么驾驶员将车移到一个能在显示屏中看到目标位置的位置，然后开始辅助过程。在下面的说明中，假定车辆200在停车辅助起始位置的一个参考点是点A。参考点A可以在其它位置，例如车尾的中心、车辆重心、一个侧面前端、一个侧面后端等等，在参考点A的车辆被用200a表明。
停车辅助ECU1将转向角δ的绝对值与一个阀值δth比较(步骤S1)，转向角δ来自转向角传感器23的输出信号，如果转向角δ小于或等于阀值δth，从而是足够小的，那么停车辅助ECU1确定车辆处于中间转向角状态，并允许转变到停车辅助控制，随后，程序进行到步骤S2。如图4中所示，在中间转向角状态的区域中和周围，转向车轮25的转动量，即曲率γ被相对于转向角δ设定得很小，转向角δ即方向盘22和转向轴21的转动量，因此，设定阀值δth以便指定一个曲率γ基本上是0的范围是合适的，例如，阀值δth被设定在大约15度。相反地，如果在步骤S1中确定了转向角没有处于中间状态，那么程序进行到步骤S40。在步骤S40中，通过扬声器33和监视器34向驾驶员指出转向角位于控制范围之外，在这种情况下，停车辅助ECU1提示驾驶员操作方向盘22以便将转向角返回到中间转向角状态，之后，程序返回到步骤S1。因此，如果驾驶员通过一个稳定的转向操作或类似操作将转向角基本上返回到中间状态，那么程序就改变到停车辅助控制。
在步骤S2中，当看到一个后部摄像机32获得的被显示于监视器34中的图像时，驾驶员操作输入装置31，这时，通过将一个被显示的停车框移动到显示屏中的目标停车位置，驾驶员设定一个目标停车位置。
通过一个图像识别程序，停车辅助ECU1在目标停车位置确定一个车辆位置200g，更具体地，就是确定参考点G的位置和在参考点G位置处的车辆方向(步骤S4)。
点G的位置能被确定，例如作为相对于在当前车辆位置处的参考点A的相对坐标。将参考如图2中所示的坐标系进行下面的说明，其中目标位置G被确定在原点，而汽车在目标位置的方向被确定为Z轴方向，垂直于Z轴的方向被确定为X轴方向。在下面，车辆的当前方向相对于Z轴的角度将被称为偏转角θ。此外，点A的位置由坐标(x0，z0)表示。
接着，一个为了将偏转角θ减小到零所需的最短路径(下文中称为“基本路径”)P0由当前位置(初始位置点A)、当前偏转角θ0和当前转向角δ计算(步骤S6)。
该行驶轨迹P0被设定为转向曲率(转向半径的倒数)相对于行驶距离的变化。图5A表示一个最短路径P0的行驶距离一转向曲率图。
最短路径P0包括一个转向角被增加的路径(第一路径)，一个保持被增加的转向角的路径(第二路径)，和一个转向角被返回到中间的路径(第三路径)。在第一路径和第三路径中的每一个中，转向曲率相对于行驶距离的改变量(转向曲率的改变率)被设定成一个常量，转向曲率的改变率被如此设定，即即使在车辆速度等于驾驶辅助的上限值时，转向曲率的改变量也小于通过转向执行器24的最大转向速率实现的曲率的改变量，因此，允许一个转向操作的路径必定能被计算出来。
在这种情况下的轨迹设定的代表性例子如下，首先，当转向角相对于从初始位置点B到一个点C的行驶距离的改变率被保持在一个固定值时，转向角被增加。在这种情况下，当到达点C时，转向角和转向曲率变得等于它们各自的设定最大值，并且转向半径变得等于一个设定的最小转向半径(Rmin)(曲率γmax＝1/Rmin)(第一路径)。从点C到点D，该转向角(转向曲率，转向半径)被保持(第二路径)。从点D开始，转向角被减小，同时转向角相对于行驶路径的改变率被保持为常量，在这种情况下，当达到一个点E时(第三路径)，转向角改变到中间状态，即转向角为0。行驶轨迹P形成一个回旋曲线，其中一个区段BC是具有半径Rmin的弧形，一个区段CD是在一端具有曲率γ0而在另一端具有曲率1/Rmin的曲线，一个区段DE是在一端具有曲率1/Rmin而在另一端具有0曲率的曲线。
在偏转角θ很小的一些情况下，行驶轨迹没有弧形区段，区段BC中的偏转角θ的改变量Δθ被用公式(1)表示。
Δθ=∫REγ(p)dp···(1)]]>在公式(1)中，γ(p)表示在行驶距离p处的曲率，即，偏转角的改变量Δθ等于图5A中指出的面积S0，如果路径包括一个弧形区段，那么该面积能由γmax×(L1+L2)表示，其中L1是区段BC的路径长度(区段DE的路径长度也是L1)，而L2是区段CD的路径长度。如果Δθ很小，假如曲率相对于行驶距离的改变量是常量，该常量在曲率增加期间是ω，在曲率降低期间是-ω，那么该面积能由L1×ω2表示，因此，一个路径能通过简单的计算被确定。
接着，基本路径P0在X、Z方向上的长度被确定(步骤S8)，基本路径P0在X、Z方向上的长度Xf、Zf能用公式(2)和(3)确定。
Xf=∫BEsin(θ(p))dp···(2)]]>Zf=∫BEcos(θ(p))dp···(3)]]>在这些公式中，θ(p)是在行驶距离p处的偏转角。
随后，若干直线路径被加到基本路径P0以便设定一个目标路径P1(步骤S10)。
即，如图6中所示，延伸部分被加到基本路径P0的两个相对端以便提供一个从点A到点G延伸的路径。具体地，当从点A到基本路径P0的起始点B的直线路径的路径长度由L0表示，而从基本路径P0的端点E到点G的直线路径的路径长度由L3表示时，下列公式(4)和(5)成立。
X0＝L0×sinθ0+Xf …(4)Z0＝L0×cosθ0+Zf+L3…(5)由于除了L0和L3之外的所有的项都是已知的，所以L0和L3能容易地由公式(4)和(5)确定。
图5B表明曲率沿着如上述设定的目标路径P1与行驶距离相符，图6表明由目标路径P1确定的轨迹。关于路径P1，目标路径独立于车辆速度和车辆加速度，因此，一个优点是在车辆驾驶的过程中，沿路径而行的控制可以被简化。
随后在步骤S12，确定一个路径是否已经被成功地设定。
具体地，如果L0和L3中的一个不是负数，即如果L0和L3是0或正数，就确定已经设定一个路径。L0是负数的情况意味着这样的情况，即基本路径P0在X方向上的长度Xf大于点A和点G之间在X方向上的距离(x0)，L3是负数的情况意味着这样的情况，即基本路径P0在Z方向上的长度Zf大于点A和点G之间在Z方向上的距离z0减去长度L0×sinθ所获得的长度，其中长度L0×sinθ是在Z方向上从点A延伸到点B的直线路径的长度。如果在步骤S12中确定正确地设定一个从点A到达目标位置点G的路径是不可能的，那么程序进行到步骤S50。在步骤S50中，通过监视器34和扬声器33向驾驶员表明车辆不能从当前的点A到达目标位置点G，之后，程序结束。如果需要，在移动车辆200之后，驾驶员能再次启动停车辅助操作。
如果一个路径被成功设定，那么程序进行到步骤S14，其中一个引导控制被执行。这时，优选地，当变速杆被设定在倒档位置时，停车辅助ECU1命令一个驱动力系统(未示出)执行一个发动机扭矩增加控制，扭矩增加控制是通过在高于正常怠速转数的转速下操作发动机来引起一个向高驱动力状态(增大扭矩的状态)的改变的控制。该控制扩大了车辆速度的范围，在该范围中，驾驶员在不操作油门踏板的情况下能通过仅仅使用制动踏板来调节车辆速度，以便改善车辆的可操作性。如果驾驶员操作制动踏板，那么被施加到每个车轮的制动力根据踏板踩下的程度被调节，因此车辆速度被相应地调节，这时，优选地，通过控制被施加到每个车轮的制动力来执行一个车速上限的保护，以便防止由后部摄像机32检测到的车辆速度超过车速上限。
在将车辆引导到目标位置的控制中，车辆的当前位置被首先确定(步骤S14)。
基于由后部摄像机32获得的图像中的一个特征点的移动，当前位置能被确定。基于行驶距离上的改变和转向角上的改变，当前位置也能被确定，行驶距离是基于车轮速度传感器41和加速度传感器42的输出信号，转向角是基于转向角传感器23的输出信号。
然后，基于先前从当前位置(行驶距离)设定的行驶距离-转向曲率(转向角)的设定轨迹，实际的转向角控制被执行(步骤S16)。具体地，当监视转向角传感器23的输出信号时，转向控制部分11控制转向执行器24以便驱动转向轴21和将转向车轮25的转向角改变到设定的转向角位移。
由于车轮被沿着如上述设定的目标路径移动，所以驾驶员能专心于检查路面上周围环境的安全和调节车辆速度。此外，由于每个车轮都接收一个相应于由驾驶员实施的制动踏板踩下量的制动力，所以即使在路上存在一个障碍、行人或类似东西，驾驶员也能安全地使车辆减速或停止。
在转向角控制之后，确定当前位置是否偏离目标路径，如果有一个大的偏离，就确定需要路径修正(步骤S18)。
例如通过累积当前位置从目标位置的偏离或实际转向量关于行驶距离从目标转向量关于行驶距离的偏离，能确定偏离了目标路径。如果需要路径修正，程序就进行到步骤S6，其中路径被再次设定。
相反地，如果仅仅有很小的从目标路径的偏离，那么程序进行到步骤S20，其中确定车辆是否到达目标停车位置点G附近。如果没有到达目标停车位置，那么程序进行到步骤S14以便继续辅助控制，如果确定已经到达目标停车位置，程序进行到步骤S22。在步骤S22，通过监视器34或扬声器33向驾驶员表明已经到达目标停车位置，之后，程序结束。
这样，一个基本路径被确定，并且直线路径被加到基本路径的两端之一或每个端部，以便设定一个路径，因此，路径计算的算法被简化。此外，由于计算被简化，所以计算量相对较小，实时计算能通过使用减少的计算机资源而容易地被执行。此外，由于在计算中没有任何精度退化，所以能实现向目标位置的高精度引导。
下面，将对辅助操作的一个第二实施例进行描述。在第二控制例中，辅助在如图7中所示的通常所称的平行停车操作中被进行，其中，一个本车辆200被倒入一个在前方车辆201和后方车辆202之间的停车位221，前方车辆201和后方车辆202沿着公路211的侧边停放。图8A和8B是表示第二控制方式的程序框图，图9A到9C是表示在该控制中的辅助路径的设定的图。
就程序而言，直到在参考点和目标位置之间的关系的确定，该实施例都是和前述第一实施例基本上相同的。
直到转向变换点M的路径P52通过相反的操作由目标停车位置点G被确定(步骤S31)，变换点M即一个中间点，在该点转向角被反向。
在下文中，中间位置点M的位置坐标被表示为(xM，zM)。假定在中间位置点M的偏转角θM采取一个预设值，这里，为了简化计算，路径P52被假定是这样的路径，其中从中间点M开始，曲率相对于行驶距离的改变量以ω改变，并且曲率在点N处达到-γmax之后，-γmax的曲率被保持，直到到达目标位置G为止(在下文中，称为“第二基本路径”)。
在行驶距离和路径P52上的曲率之间的关系在图9A中被表明，其中L51是在点M和N之间的路径长度，而L52是在点N和点G之间的路径长度。由于在行驶距离-曲率曲线上的面积S相应于偏转角的改变量，如上所述，所以面积S需要等于θM以便偏转角θ在目标位置成为0，因此，下列公式(6)和(7)成立。
θM=(L512+L52)×γmax···(6)]]>L51=γmaxω···(7)]]>根据上述关系，L51和L52被确定，这样设定的路径P52是第二基本路径。
接着，基于如上述设定的路径P52，中间点M的位置坐标被确定(步骤S32)。
从点G到点N的区段是一个圆弧区段，因此，偏转角θC在该区段中的改变量等于该圆弧的圆心角，因此，当点N的坐标是(xN，zN)时，下列公式(8)到(10)成立。
L52＝θC×γmax…(8)XN＝γmax×(1-sinθC) …(9)ZN＝γmax×cosθC…(10)从这些公式和如上述确定的路径长度L52，点N的位置坐标能被确定。此外，点M的位置通过逆运算被从点N的位置确定，关于点M的位置关系，下列公式(11)到(13)成立。
θM=θC+∫0L51γ(p)dp···(11)]]>xM=xC+∫0L51sin(θ(p))dp····(12)]]>zM=zC+∫0L51cos(θ(p))dp····(13)]]>从这些公式，中间位置点M的位置能被计算。
随后，一个从初始位置点A到点M的路径被计算。该路径计算方法与关于入库停车的路径计算方法相似，即，首先，通过相似于步骤S6的方法，一个从当前的0偏转角改变到偏转角θM的状态所需的基本路径(第一基本路径)P4被计算(步骤S33)。
接着，通过相似于步骤S8的方法，第一基本路径P4在X和Z方向上的长度被确定(步骤S34)。
随后，通过相似于步骤S10的方法，直线路径被加到基本路径P4以便设定一个延伸到点M的目标路径P51(步骤S35)。
图9B是表示在如上述设定的第一基本路径P4上，曲率相对于行驶距离的改变量的图。该目标路径P51和从点M开始的的目标路径P52被联合起来，从而确定一个从点A延伸到点G的路径P5(步骤S36)，图9C表明被这样设定的路径P5。
在前述实施例中，一个直线路径被加到第一基本路径P4侧，然而，如果在第二基本路径P52侧进行将方向盘返回到中间的操作，那么直线路径可以被加到第二基本路径侧，将直线路径既加到第一基本路径又加到第二基本路径也是可能的。
跟随着路径设定的实际引导过程与图3中所示相同，因而不再描述。根据该控制方式，与在第一控制方式中的入库停车操作相似，一个用于平行停车辅助操作的基本路径被确定，并且如果需要，一个直线路径被加到其上，以便设定一个实际引导路径，这种安排简化了路径计算算法。此外，由于计算被简化，所以计算量相对较小，并且实时计算能通过使用减少的计算机资源而容易地被执行。此外，由于在计算中没有任何精度退化，所以能实现向目标位置的高精度引导。
接着，将对辅助操作的一个第三控制方式进行描述。与前述第一控制方式相似，第三控制方式被规定执行入库停车辅助，该实施例仅仅在根据基本路径P0设定目标路径的方法上不同于前述实施例。
具体地，如在图10中的设定程序的程序框图所示，通过将直线路径加到一个被相似放大的路径P2，而不是将直线路径加到基本路径P0，一个目标路径P3被产生(步骤S11)，路径P2通过基本路径P0的相似放大而被获得。
图11表明一个设定路径的位置关系，相似放大的比例因数由ε表示，而被相似放大的路径P2的起始点和终点分别由B’和E’表示。当从点A到点B’的直线路径的路径长度由L0表示而从点E’到点G的直线路径的路径长度由L3表示时，下列公式(14)和(15)成立。
x0＝L0×sinθ0+ε×Xf …(14)z0＝L0×cosθ0+ε×Zf+L3…(15)关于ε，如果Zf/Xf小于或等于z0/x0，即如果基本路径P0在Z方向上的长度和其在X方向上的长度之间的比率小于目标路径在Z方向上的长度和其在X方向上的长度之间的比率，并且基本路径被横向拉长(在X方向上)，那么设置ε以便使其满足ε≤x0/Xf是合适的。相反地，如果基本路径被纵向拉长，那么例如ε＝x0/Xf的设定导致被相似放大的路径的终点超出目标停车位置点G，以致ε需要被设定到较小的值，在这种情况下，ε的最大值是当L3等于0时出现的值，并且被用基于公式(14)和(15)的公式(16)表示。
ϵ=x0-z0tanθ0Xf-Zftanθ0···(16)]]>使用的ε的值不需要是最大值，而是可以是一个小于最大值的任意值。如果相似放大因数ε被设定，那么直线路径的长度可以通过公式(14)和(15)被计算，这样，一个目标路径P3能被设定。
关于如上述设定的在目标路径P3中的被相似放大的路径P2，如果在基本路径P0上，在从点A开始的行驶距离p的位置处的曲率被表示为γ(p)，那么在从点A开始的行驶距离εp的位置处的曲率被表示为γ(p)/ε。如图12中所示，沿距离的方向，被相似放大的路径P2被从基本路径P0以比率ε放大，沿曲率的方向，则被以1/ε的比率压缩(转向半径以ε的比率增大)。因此，被相似放大的路径P2在行驶距离-转向曲率图上的面积等于基本路径P0在行驶距离-转向曲率图上的面积，以致偏转角的改变量保持相同。
通过相似变换，曲率的最大值从基本路径上的γmax减小到1/ε倍的γmax，即γmax/ε，并且转向速率ω减小到1/ε2，因而，在转向执行器24上的负载减小，转向控制的可控制性提高。
虽然已经结合关于入库停车的基本路径的相似变换对实施例进行了描述，但用于平行停车的基本路径也可以用基本上同样的方式进行相似变换。在平行停车的情况下，存在两个基本路径，即第一基本路径和第二基本路径。关于相似放大，两个基本路径可以用同样的比例因数或用它们各自的比例因数进行放大，仅仅相似放大基本路径中的一个而保持另一个基本路径不变也是可能的。在平行停车的情况下，优选地，与前方车辆201和后方车辆202之间的间隔相比，从转向变换点开始的路径在Z方向上的长度尽可能地短，以便本车辆不会接触前方车辆201。因此，关于基本路径的相似放大，优选地，认为第一基本路径的相似放大优先。
在前述实施例中，如果初始转向角(转向曲率)基本上是0，那么就设定一个路径，而如果初始转向角(转向曲率)很大，就不执行路径的设定。然而，如果初始转向角很大，那么指挥驾驶员进行稳定转向以便将初始转向角基本上减小到0也是可能的，由于这种安排，即使初始转向角不是基本上为0，辅助控制也能被不停地继续，因此，在辅助控制过程中的可操作性提高了。
虽然基本路径可以通过计算来确定，但将大量关于偏转角θ的情况以图的形式存储在停车辅助ECU1中也是可能的，这种安排消除了提高停车辅助ECU1的计算能力的需要，并允许更快地确定路径。
前述实施例是具有自动转向功能的停车辅助装置的实施例，然而，本发明不仅可应用于自动转向技术，而且通过向驾驶员显示合适数量的关于驾驶的指示，还可相似地应用于执行驾驶导航的技术。此外，本发明不仅可应用于停车辅助装置，而且可应用于根据路径引导移动的驾驶辅助装置、车道保持系统等等。
尽管已经结合其示范实施例对本发明进行了描述，但应该了解，本发明不局限于示范实施例或结构，相反，本发明被用来覆盖各种变化和等效方案。另外，尽管在不同的组合和构造中表示了示范实施例的各种要素，但它们是示范性的，包括更多、更少或仅仅一个单独要素的其它组合和构造也在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种用于车辆的驾驶辅助装置，该装置设定一个目标路径，使车辆沿着该目标路径可到达一个目标位置，并沿着该目标路径引导车辆，其特征在于包括检测装置，用来在车辆的初始位置检测一个初始偏转角，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；设定装置，用于将一个基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个0度偏转角的状态；和计算装置，用于在一个预定条件下，通过用基本路径作为基础和将一个直线路径加到基本路径之前的位置和基本路径之后的位置中的至少一个上，从初始位置计算目标路径。
2.一种用于车辆的驾驶辅助装置，该装置设定一个目标路径，使车辆沿着该目标路径可到达一个目标位置，并沿着该目标路径引导车辆，其特征在于包括检测装置，用于在车辆的初始位置检测一个初始偏转角，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；第一设定装置，用于将一个第一基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第一基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个预定的偏转角；第二设定装置，用于将一个第二基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第二基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从预定的偏转角被改变到0度偏转角的状态；和计算装置，用于在一个预定条件下，通过用第一基本路径和第二基本路径作为基础并将一个直线路径加到第一基本路径之前的一个位置、第一基本路径与第二基本路径之间的一个位置和第二基本路径之后的一个位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
3.如权利要求1或2所述的驾驶辅助装置，其中上述基本路径包括一个通过将车辆的转向角增加到一个预定转向角来驾驶车辆的路径，一个通过保持该预定转向角来驾驶车辆的路径，和一个通过将转向角减小到0来驾驶车辆的路径。
4.如权利要求1或2所述的驾驶辅助装置，进一步包括用于自动转向的自动转向装置，以便沿着设定的目标路径驾驶车辆。
5.如权利要求1或2所述的驾驶辅助装置，其中如果在初始位置的转向角基本上是0，那么计算装置计算一个目标路径。
6.如权利要求1或2所述的驾驶辅助装置，其中计算装置通过将基本路径相似放大来计算一个目标路径。
7.一种用于车辆的驾驶辅助方法，该方法设定一个目标路径，使车辆沿着该目标路径可到达一个目标位置，并沿着该目标路径引导车辆，其特征在于，包括下列步骤在车辆的初始位置检测一个初始偏转角，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；将一个基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个0偏转角的状态；并在一个预定条件下，通过用基本路径作为基础并将一个直线路径加到基本路径之前的位置和基本路径之后的位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
8.一种用于车辆的驾驶辅助方法，该方法设定一个目标路径，使车辆沿着该目标路径可到达一个目标位置，并沿着该目标路径引导车辆，其特征在于，包括在车辆的初始位置检测一个初始偏转角，该偏转角是形成于在目标位置的车辆方向和在当前方向的车辆方向之间的角度；将一个第一基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第一基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从初始偏转角被改变到一个预定的偏转角；将一个第二基本路径设定为行驶距离相对于转向角和转向曲率中的一个的变化，沿着该第二基本路径，在按照行驶距离的预定条件下，偏转角通过转向从预定的偏转角被改变到一个0度偏转角的状态；并在一个预定条件下，通过用第一基本路径和第二基本路径作为基础并将一个直线路径加到第一基本路径之前的一个位置、第一基本路径与第二基本路径之间的一个位置和第二基本路径之后的一个位置中的至少一个上，由初始位置计算目标路径。
9.如权利要求7或8所述的驾驶辅助方法，其中上述基本路径包括一个通过将车辆的转向角增加到一个预定转向角来驾驶车辆的路径，一个通过保持该预定转向角来驾驶车辆的路径，和一个通过将转向角减小到0来驾驶车辆的路径。
10.如权利要求7或8所述的驾驶辅助方法，进一步包括一个自动转向以便沿着设定的目标路径驾驶车辆的步骤。
11.如权利要求7或8所述的驾驶辅助方法，其中如果在初始位置的转向角基本上是0，那么目标路径被计算出。
12.如权利要求7或8所述的驾驶辅助方法，其中通过将基本路径相似放大来计算目标路径。
全文摘要
提供了用于车辆的驾驶辅助装置和方法，即使车辆的初始状态是被转向的状态，所述装置和方法也能精确地将车辆引导到一个目标区域。基于车辆的当前方向和在目标位置的车辆的方向，计算一个基本路径P
文档编号G08G1/16GK1577199SQ20041005986
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月26日
发明者岩崎克彦, 里中久志, 久保田有一, 远藤知彦, 松井章, 岩切英之, 杉山享, 河上清治, 片冈宽晓, 高桥新, 二宫芳树 申请人:丰田自动车株式会社