專利名稱：一種協(xié)同式車道保持控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車車道保持控制方法，特別是關(guān)于一種汽車主動安全控制用的基于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的協(xié)同式車道保持控制方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著汽車主動安全技術(shù)研究的不斷深入，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車道保持控制方面的應(yīng)用逐漸增多，基于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車道保持控制研究也在不斷完善。目前關(guān)于此方面的研究大多將電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為車道保持系統(tǒng)的執(zhí)行部件，忽略電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向功能。這種策略由于沒有考慮電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)共用和控制協(xié)同問題，在一定程度上造成了硬件資源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
·
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠兼顧汽車電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主動車道保持功能和助力轉(zhuǎn)向功能的協(xié)同式車道保持控制方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種協(xié)同式車道保持控制方法，其包括以下步驟1)采用車輛現(xiàn)有裝置構(gòu)成一實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括狀態(tài)觀測模塊、GPS單元、攝像頭單元、車載總線、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊、助力轉(zhuǎn)向模塊、車道偏離判斷模塊、主動車道保持模塊、斜率限制模塊、脈寬調(diào)制模塊、電機(jī)和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；2)每當(dāng)一個工作周期開始時(shí)，狀態(tài)觀測模塊實(shí)時(shí)獲取轉(zhuǎn)矩傳感器測得的駕駛員操作力矩Td，傳送給駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊，同時(shí)從GPS單元和攝像頭單元獲取路面環(huán)境信息，從車載總線上獲取車輛狀態(tài)參數(shù)傳送給車道偏離判斷模塊；3)駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)接收到的駕駛員操作力矩Td判斷駕駛員操作狀態(tài)如果駕駛員在操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟4);如果駕駛員未操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟5) ；4)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在助力轉(zhuǎn)向模式，由助力轉(zhuǎn)向模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟7) ；5)車道偏離判斷模塊根據(jù)接收到的路面環(huán)境信息和車輛狀態(tài)參數(shù)判斷車輛是否偏離車道如果車輛偏離車道，轉(zhuǎn)至步驟6);如果車輛未偏離車道，返回步驟2) ;6)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在主動車道保持模式，由主動車道保持模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟7);7)斜率限制模塊對接收到的電機(jī)控制電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)，并將協(xié)調(diào)結(jié)果輸出給脈寬調(diào)制模塊，轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號，輸出給電機(jī)，驅(qū)動電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。上述步驟3)中，駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷駕駛員操作狀態(tài)3. I)將駕駛員操作力矩Td與設(shè)定的轉(zhuǎn)矩閾值a T進(jìn)行比較如果Td大于a T,判定駕駛員正在操作方向盤；如果Td小于a T,進(jìn)入步驟3. 2)；3. 2)將Td小于a T狀態(tài)所持續(xù)的時(shí)間t與設(shè)定的時(shí)間閾值a t進(jìn)行比較如果t大于a t,判定駕駛員未操作方向盤；如果t小于等于a t,判定駕駛員仍在操作方向盤。
上述步驟5)中，車道偏離判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷車輛是否偏離車道5. I)根據(jù)路面環(huán)境信息與車輛狀態(tài)參數(shù)計(jì)算車輛跨道時(shí)間；5. 2)將車輛跨道時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間閾值進(jìn)行比較如果車輛跨道時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛偏離車道；如果車輛跨道時(shí)間大于等于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛未偏離車道。上述步驟6)中，主動車道保持模塊利00用其內(nèi)設(shè)置的駕駛員模型和PID控制器，通過以下步驟輸出電機(jī)控制電壓
6. I)狀態(tài)觀測模塊將車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡傳送給駕駛員模型；6. 2)駕駛員模型根據(jù)車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡計(jì)算目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角，將其輸出給PID控制器；6. 3) PID控制器根據(jù)目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)角傳感器采集的實(shí)際方向盤轉(zhuǎn)角的差值，計(jì)算相應(yīng)的電機(jī)控制電壓，輸出。上述車輛目標(biāo)軌跡為路面環(huán)境信息中的車道中心線，車輛實(shí)際軌跡信息從車載總線上獲取。上述步驟7)中，斜率限制模塊限制其接收到的電機(jī)控制電壓的斜率增長速率。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明根據(jù)駕駛員操作狀態(tài)，將電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式劃分為主動車道保持模式和助力轉(zhuǎn)向模式兩種運(yùn)行工況，針對這兩種運(yùn)行工況分別采取相應(yīng)的控制方法，從而可以在駕駛員有操作時(shí)實(shí)行助力轉(zhuǎn)向，在駕駛員未操作且車輛偏離車道時(shí)實(shí)行主動車道保持，實(shí)現(xiàn)了電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)共用，有效地提高了系統(tǒng)的工作效率。2、本發(fā)明采用斜率限制完成主動車道保持模式和助力轉(zhuǎn)向模式切換時(shí)的協(xié)調(diào)控制，有利于兩工作模式的平穩(wěn)過渡。本發(fā)明可以廣泛用于各種基于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車道保持控制技術(shù)領(lǐng)域中。


圖I是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的駕駛員操作狀態(tài)判斷示意圖；圖3是本發(fā)明的主動車道保持控制示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明提供的協(xié)同式車道保持控制方法需要通過一實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括狀態(tài)觀測模塊I、GPS單元2、攝像頭單元3、車載總線4、轉(zhuǎn)矩傳感器5、轉(zhuǎn)角傳感器6、駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊7、助力轉(zhuǎn)向模塊8、車道偏離判斷模塊9、主動車道保持模塊10、斜率限制模塊11、脈寬調(diào)制(PWM)模塊12、電機(jī)13和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)14。本發(fā)明的協(xié)同式車道保持控制方法將電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式劃分為主動車道保持模式和助力轉(zhuǎn)向模式兩種運(yùn)行工況，針對這兩種運(yùn)行工況分別制定相應(yīng)的控制方法，在模式切換時(shí)采用斜率限制完成協(xié)調(diào)控制，組成完整的協(xié)同式車道保持控制方法，其包括以下步驟I)每當(dāng)一個工作周期開始時(shí)，狀態(tài)觀測模塊實(shí)時(shí)獲取轉(zhuǎn)矩傳感器測得的駕駛員操作力矩Td，傳送給駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊，同時(shí)從GPS單元和攝像頭單元獲取路面環(huán)境信息，從車載總線上獲取車輛狀態(tài)參數(shù)傳送給車道偏離判斷模塊；其中路面環(huán)境信息可以包括車道中心線信息，車輛狀態(tài)參數(shù)可以包括車速與橫擺角速度等信息；2)駕駛員操 作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)接收到的駕駛員操作力矩Td判斷駕駛員操作狀態(tài)如果駕駛員在操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟3)；如果駕駛員未操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟4)；3)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在助力轉(zhuǎn)向模式，由助力轉(zhuǎn)向模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟6);4)車道偏離判斷模塊根據(jù)接收到的路面環(huán)境信息和車輛狀態(tài)參數(shù)判斷車輛是否偏離車道如果車輛偏離車道，轉(zhuǎn)至步驟5);如果車輛未偏離車道，返回步驟I);5)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在主動車道保持模式，由主動車道保持模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟6)；6)斜率限制模塊對接收到的電機(jī)控制電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)，并將協(xié)調(diào)結(jié)果輸出給脈寬調(diào)制模塊，轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號，輸出給電機(jī)，驅(qū)動電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。如圖2所示，上述步驟2)中，駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷駕駛員操作狀態(tài)2. I)將駕駛員操作力矩Td與設(shè)定的轉(zhuǎn)矩閾值a T進(jìn)行比較如果Td大于a T,判定駕駛員正在操作方向盤；如果Td小于a T,進(jìn)入步驟2. 2);2. 2)將Td小于a T狀態(tài)所持續(xù)的時(shí)間t與設(shè)定的時(shí)間閾值a t進(jìn)行比較如果t大于a t，判定駕駛員未操作方向盤；如果t小于等于a t,判定駕駛員仍在操作方向盤。上述步驟4)中，車道偏離判斷模塊判斷根據(jù)以下步驟判斷車輛是否偏離車道4. I)根據(jù)路面環(huán)境信息與車輛狀態(tài)參數(shù)計(jì)算車輛跨道時(shí)間；4. 2)將車輛跨道時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間閾值進(jìn)行比較如果車輛跨道時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛偏離車道；如果車輛跨道時(shí)間大于等于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛未偏離車道。如圖3所示，上述步驟5)中，主動車道保持模塊為一包括駕駛員模型和PID控制器的閉環(huán)控制回路，當(dāng)車輛偏離車道時(shí)，通過以下步驟輸出電機(jī)控制電壓，以實(shí)現(xiàn)主動車道保持5. I)狀態(tài)觀測模塊將車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡傳送給駕駛員模型；其中，車輛目標(biāo)軌跡可以是車道中心線，車輛實(shí)際軌跡信息可以從車載總線上獲取；5. 2)駕駛員模型根據(jù)車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡計(jì)算目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角0 so，將其輸出給PID控制器；5. 3) PID控制器根據(jù)目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角0 so與轉(zhuǎn)角傳感器采集的實(shí)際方向盤轉(zhuǎn)角0 s的差值，計(jì)算相應(yīng)的電機(jī)控制電壓，輸出。
上述步驟6)中，斜率限制模塊限制其接收到的電機(jī)控制電壓的斜率增長速率，從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向模式和主動車道保持模式之間的協(xié)調(diào)控制。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所 變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)同式車道保持控制方法，其包括以下步驟 1)采用車輛現(xiàn)有裝置構(gòu)成一實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括狀態(tài)觀測模塊、GPS單元、攝像頭單元、車載總線、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊、助力轉(zhuǎn)向模塊、車道偏離判斷模塊、主動車道保持模塊、斜率限制模塊、脈寬調(diào)制模塊、電機(jī)和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 2)每當(dāng)一個工作周期開始時(shí)，狀態(tài)觀測模塊實(shí)時(shí)獲取轉(zhuǎn)矩傳感器測得的駕駛員操作力矩Td，傳送給駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊，同時(shí)從GPS單元和攝像頭單元獲取路面環(huán)境信息，從車載總線上獲取車輛狀態(tài)參數(shù)傳送給車道偏離判斷模塊； 3)駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)接收到的駕駛員操作力矩Td判斷駕駛員操作狀態(tài) 如果駕駛員在操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟4)； 如果駕駛員未操作方向盤，轉(zhuǎn)至步驟5)； 4)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在助力轉(zhuǎn)向模式，由助力轉(zhuǎn)向模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟7); 5)車道偏離判斷模塊根據(jù)接收到的路面環(huán)境信息和車輛狀態(tài)參數(shù)判斷車輛是否偏離車道 如果車輛偏離車道，轉(zhuǎn)至步驟6)； 如果車輛未偏離車道，返回步驟2)； 6)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在主動車道保持模式，由主動車道保持模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊，進(jìn)入步驟7)； 7)斜率限制模塊對接收到的電機(jī)控制電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)，并將協(xié)調(diào)結(jié)果輸出給脈寬調(diào)制模塊，轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號，輸出給電機(jī)，驅(qū)動電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。
2.如權(quán)利要求I所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟3)中，駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷駕駛員操作狀態(tài) 3.I)將駕駛員操作力矩Td與設(shè)定的轉(zhuǎn)矩閾值a T進(jìn)行比較 如果Td大于a T,判定駕駛員正在操作方向盤； 如果Td小于a T,進(jìn)入步驟3. 2); 3. 2)將Td小于a T狀態(tài)所持續(xù)的時(shí)間t與設(shè)定的時(shí)間閾值a t進(jìn)行比較 如果t大于a t,判定駕駛員未操作方向盤； 如果t小于等于at，判定駕駛員仍在操作方向盤。
3.如權(quán)利要求I所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟5)中，車道偏離判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷車輛是否偏離車道 5.I)根據(jù)路面環(huán)境信息與車輛狀態(tài)參數(shù)計(jì)算車輛跨道時(shí)間； 5.2)將車輛跨道時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間閾值進(jìn)行比較 如果車輛跨道時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛偏離車道； 如果車輛跨道時(shí)間大于等于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛未偏離車道。
4.如權(quán)利要求2所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟5)中，車道偏離判斷模塊根據(jù)以下步驟判斷車輛是否偏離車道 .5.I)根據(jù)路面環(huán)境信息與車輛狀態(tài)參數(shù)計(jì)算車輛跨道時(shí)間； .5.2)將車輛跨道時(shí)間與設(shè)定的時(shí)間閾值進(jìn)行比較如果車輛跨道時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛偏離車道； 如果車輛跨道時(shí)間大于等于設(shè)定的時(shí)間閾值，判定車輛未偏離車道。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟6)中，主動車道保持模塊利用其內(nèi)設(shè)置的駕駛員模型和PID控制器，通過以下步驟輸出電機(jī)控制電壓 6.I)狀態(tài)觀測模塊將車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡傳送給駕駛員模型； 6.2)駕駛員模型根據(jù)車輛目標(biāo)軌跡和車輛實(shí)際軌跡計(jì)算目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角，將其輸出給PID控制器； 6.3) PID控制器根據(jù)目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)角傳感器采集的實(shí)際方向盤轉(zhuǎn)角的差值，計(jì)算相應(yīng)的電機(jī)控制電壓，輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述車輛目標(biāo)軌跡為路面環(huán)境信息中的車道中心線，所述車輛實(shí)際軌跡信息從車載總線上獲取。
7.如權(quán)利要求I或2或3或4或6所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟7)中，斜率限制模塊限制其接收到的電機(jī)控制電壓的斜率增長速率。
8.如權(quán)利要求5所述的一種協(xié)同式車道保持控制方法，其特征在于所述步驟7)中，斜率限制模塊限制其接收到的電機(jī)控制電壓的斜率增長速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種協(xié)同式車道保持控制方法，每當(dāng)一個工作周期開始時(shí)，狀態(tài)觀測模塊實(shí)時(shí)獲取駕駛員操作力矩傳送給駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊，獲取路面環(huán)境信息和車輛狀態(tài)參數(shù)傳送給車道偏離判斷模塊；駕駛員操作狀態(tài)判斷模塊判斷駕駛員操作狀態(tài)如果駕駛員在操作，助力轉(zhuǎn)向模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊；如果駕駛員未操作，車道偏離判斷模塊根據(jù)路面環(huán)境信息和車輛狀態(tài)參數(shù)判斷車輛是否偏離車道，如果偏離車道，主動車道保持模塊輸出一電機(jī)控制電壓給斜率限制模塊；斜率限制模塊對接收到的電機(jī)控制電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)，輸出給脈寬調(diào)制模塊，轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號，輸出給電機(jī)，驅(qū)動電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。本發(fā)明可以廣泛用于各種基于電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車道保持控制技術(shù)領(lǐng)域中。
文檔編號B62D119/00GK102717825SQ201210210508
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者張海林, 李克強(qiáng), 楊殿閣, 江青云, 王建強(qiáng), 羅禹貢, 連小珉, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學(xué)