CN103029703A

CN103029703A - 车辆的车道变换辅助系统及其方法

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Publication number: CN103029703A
Application number: CN2012103833198A
Authority: CN
Inventors: 朴滿福
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: Halla Creedong Electronics Co ltd
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: KR20130038436A; DE102012020074A1; CN103029703B; US20130090825A1; KR101309508B1; DE102012020074B4; US8855883B2

Abstract

本发明涉及车辆的车道变换辅助系统及其方法。本发明的车辆的车道变换辅助系统及其方法包括：车轮速度检测部，其检测车辆的车轮速度；转向角检测部，其检测车辆的转向角；微控制器单元，其利用车轮速度和转向角，当变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到所述车辆时，计算出将车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度值，并比较必要横摆角速度值和预设值，根据比较结果，辅助所述车辆的车道变换动作。

Description

车辆的车道变换辅助系统及其方法

技术领域

本发明涉及车辆的车道变换辅助系统及其方法。

背景技术

当要变换在道路上行驶中的车辆的车道时，通常驾驶员通过侧镜用肉眼判断是否存在从左右侧后行的车辆及与后行车辆的间隔距离等，在维持安全距离的同时操作驾驶盘变换车道。

但是像这样执行用于行驶中变换车道的操作时，通过侧镜用肉眼判断反射的影像，从而判断是否安全的方式，因为通过侧镜从感觉上所判断间隔距离和实际间隔距离之间存在差异，所以存在由于判断失误引起事故的危险。

特别是当车辆的相对速度高的情况下，仅通过侧镜的判断具有判断上的难度，由于瞬间的判断失误引起的事故的危险性高。

而且，在夜间行驶的情况下，由于通过侧镜反射的后行车辆的灯光，在判断与后行车辆的间隔距离及后行车辆的相对速度上有很多困难。

如上所述，只靠驾驶员的驾驶经验的以往的车道变换行驶在很大程度上受到驾驶员的经验和条件的影响，需要一种能够保障驾驶员和乘客安全的方案。

发明内容

因此，本发明的一个方面，至少解决相关技术的问题和缺点。

本发明涉及车辆的车道变换辅助系统及其方法，当变换车道时，在想要变换的车道上后行的车辆威胁到自身车辆时，通过制动系统的压力控制，将自身车辆变换到原来的车道上，从而可以维持车辆的安全。

为实现这种目的，本发明的车辆的车道变换辅助系统包括：车轮速度检测部，其检测车辆的车轮的速度；转向角检测部，其检测车辆的转向角；微控制器单元，其利用车轮速度和转向角，当变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到车辆时，计算出将车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度值，并比较必要横摆角速度值和预设值，根据比较结果，辅助车辆的车道变换动作。

此外，本发明的车辆车道变换辅助方法，其包括：车轮速度检测部，其检测车辆的车轮的速度；转向角检测部，其检测车辆的转向角，上述车辆的车道变换辅助方法，利用车轮速度和转向角，当变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到车辆时，计算出将车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度值，比较必要横摆角速度值和预设值，根据比较结果，辅助车辆的车道变换动作。

应理解，前述的一般说明和下述详细说明两者都是示例性的和解释性的，旨在提供要求的本发明的进一步解释。

附图说明

通过下面的与附图结合的实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见且更容易理解，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的车辆的车道变换辅助系统的控制方框图。

图2为表示根据本发明的一个实施例的车辆的车道变换辅助方法的流程图。

图3为对表示在图2的执行方位角控制的过程进行详细表示的流程图。

图4为对表示在图2的执行触觉控制的过程进行详细表示的流程图。

具体实施方式

现在将参照本发明的示例性实施例，其例子在附图中示出，其中，相似的附图标记始终指相似的元件。

如图1所示，根据本发明一个实施例的车辆的车道变换辅助系统100包括：车轮速度检测部110、横向加速度检测部120、横摆角速度检测部130、转向角检测部140、微控制器单元150（Micro ControllerUnit；以下简称为“MCU”）及存储部160。

车轮速度检测部110，其包括：FL车轮速度传感器，其设置在车辆的左前轮上，检测左前轮的速度；FR车轮速度传感器，其设置在右前轮上，检测右前轮的速度；RL车轮速度传感器，其设置在左后轮上，检测左后轮的速度；RR车轮速度传感器，其设置在右后轮上，检测右后轮的速度。车轮速度检测部110的各车轮速度传感器将检测出的车轮速度传送到MCU 150中。

横向加速度检测部120利用2轴加速度传感器，检测出作为车辆行驶中将车辆向旁侧推出的力的加速度的车辆的横向加速度（Lateral-G），并传送到MCU 150中。

横摆角速度检测部130检测出车辆的转向程度并传送到MCU150中。横摆角速度检测部130在车辆基于垂直轴旋转时，即，在基于Z轴方向旋转时，内部的货叉（plate fork）在引起振动变化的同时，电子地检测车辆的横摆力矩。在此，横摆力矩为车体的前后向左右侧移动或转向时要向内外侧车轮方向移动的力。横摆角速度检测部130其构成为在内部具有铯晶元件，若车辆一边移动一边旋转，则该元件自身进行旋转，产生电压。

转向角检测部140（Steering Angle Sensor）检测车辆的转向程度并传送到MCU 150中。转向角检测部140安装在转向车轮下端部位上，当方向盘转向，车辆转向（Yaw）时，为了检测方向盘是否以驾驶员操作的程度转向，检测方向盘转向角并传送到MCU 150中。转向角检测部140还检测方向盘的转向速度和转向方向。转向角检测部140以光元件的方式在转向时，传感器的狭缝板在旋转的同时，将光元件的光通过或阻断，产生电压的变化，MCU 150接收该电压的变化，从而检测出方向盘的转向速度、转向方向及转向角。

MCU 150用于控制车辆的车道变换辅助系统100的整体的动作，在变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到自身车辆时，MCU 150计算将自身车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度（Desired Yaw Rate）值，比较计算出的必要横摆角速度值和预设值（Threshold），若必要横摆角速度值小于预设值，则执行方位角（Heading Angle）控制，若必要横摆角速度值大于预设值，则通过执行触觉（Haptic）控制，辅助车辆的车道变换动作。

MCU 150首先如下面的[数学式1]，基于由车轮速度检测部110检测出的车辆的速度及由转向角检测部140检测出的转向角，计算出原来的横摆角速度（Original Yaw Rate）值。

[数学式1]

Yaw_Rat {e_}_{original} = \frac{V}{l_{f} + l_{r} + \frac{{mV}^{2} (l_{r} C_{ar} - l_{f} C_{af})}{{2 C}_{af} C_{ar} L}} δ

其中，

l_f为由前轮车轴到重心的距离，

l_r为由后轮车轴到重心的距离，

C_αf为前轮转弯的刚度（Stiffness），

C_αr为后轮转弯的刚度（Stiffness），

L为l_f+l_r，

m为质量，

δ为转向角，

V为纵向的车轮速度。

当变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到所述车辆时，MCU 150利用下面[数学式2]计算将自身车辆变换到原来的车道上实际所需要的横摆角速度（必要横摆角速度；Desired Yaw Rate）值。

[数学式2]

{\overset{\cdot}{ψ}}_{des} = Yaw_Rat {e_}_{Original} + Yaw_{Rate_}_{T \arg et}

其中，Yaw_Rate__Target为根据驾驶情况所决定的值，具有约-5deg/s~5deg/s的值。

MCU 150对通过上述[数学式1]和[数学式2]所计算出的必要横摆角速度值和预设值进行比较，若必要横摆角速度值小于预设值，则执行方位角（Heading Angle）控制，若必要横摆角速度值大于所述预设值，则通过执行触觉（Haptic）控制，辅助车辆的车道变换动作。

利用左右车轮的压力差控制方位角的情况下，由于一般为路面的限制通常发生约3~5deg/s程度的横摆角速度的情况多。因此，在计算出的必要横摆角速度值在3~5deg/s以上时，比起通过控制左右车轮的压力差补偿车辆的方位角来使车辆朝向安全的区域的方式（控制方位角），优选利用触觉技术向驾驶员发出危险警告，使驾驶员应对情况的方式（触觉控制）。对于方位角控制及触觉控制，此后参照图3及图4详细地说明。

存储部160存储预设值（Threshold值），该预设值用于与为了辅助车辆的车道变换动作在判断是执行方向角控制还是执行触觉控制时计算出的必要横摆角速度进行比较。

制动系统200为用于车辆减速或抑制速度使其停止或维持在某一位置的系统，其包括MCU 210。MCU 210用于从整体上控制车辆的制动动作，其接收由车辆的车道变换辅助系统100的MCU 150中计算出的方位角及目标力矩值，计算出用于控制方位角的目标车轮压力值，这里控制方位角为对于车辆的车道变换的辅助动作，再将计算出的目标车轮压力值传送到主缸（未图示）中。

车轮部300包括轮缸310，轮缸310利用由主缸（未图示）供给的压力，产生制动力，从而执行车辆的制动。

触觉装置400接触驾驶员身体的一部分，响应对应车轮压力的变动量生成的反馈驱动信号，在所接触的身体上施加反馈力。

下面参照图2，对根据本发明的一个实施例的车辆的车道变换辅助方法进行说明。

作为用于本发明的一个实施例的动作说明的初期条件，将以下作为前提，即，在存储部160预先存储有用于与计算出的必要横摆角速度值进行比较的预设值（Threshold值），其作为为了辅助车辆的车道变换，用于判断是执行方位角控制，还是执行触觉控制的事前信息。

首先，车辆的车道变换辅助系统100的MCU 150，当变换车道时，在想要变换的车道上后行的车辆威胁到自身车辆时，将自身车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度（Desired Yaw Rate）值利用上述的[数学式1]和[数学式2]进行计算（步骤500）。

此后，MCU 150判断计算出的必要横摆角速度值是否小于预设值（步骤600）。判断结果，若计算出的横摆角速度值小于预设值（Threshold值）（步骤600中的“是”），则MCU 150为了辅助车辆的车道变换动作，执行方位角的控制（步骤700）。

另一方面，若计算出的必要横摆角速度值大于预设值（Threshold值）（步骤600中的“否”），则MCU 150为了辅助车辆的车道变换动作，执行触觉控制（步骤800）。

下面参照图3，对表示在图2中的方位角控制的执行过程（操作700）进行详细说明。

为了执行用于辅助车辆的车道变换动作的方位角控制，MCU 150利用卡尔曼滤波器（Kalman Filter）对横摆角速度测量信号进行处理（步骤710）。横摆角速度测量信号通过下面的[数学式3]及表示卡尔曼滤波器式的[数学式4]，建模为一次系统，从而可以简单地处理。

[数学式3]

\overset{\cdot}{γ} = a \cdot γ + b \cdot a_{y} + c \cdot δ_{f} + d \cdot M_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}}

d = \frac{1}{I_{z}}

其中，

l_f为由前轮车轴到重心的距离，

l_r为由后轮车轴到重心的距离，

m为质量，

γ为横摆角速度，

δ为转向角，

a_y为横向加速度，

M_z为目标力矩。

[数学式4]

{\hat{γ}}_{k}^{-} = (1 + a \cdot T) \cdot γ_{k - 1} + b \cdot T \cdot a_{y, k} + c \cdot T \cdot δ_{f, k} + d \cdot T \cdot M_{z, k}

P_{k}^{-} = (1 + a \cdot T) \cdot P_{k - 1} \cdot (1 + a \cdot T) + Q_{k - 1}

K_{k} = P_{k}^{-} \cdot {(P_{k}^{-} + R_{k})}^{- 1}

{\hat{γ}}_{k} = {\hat{γ}}_{k}^{-} + K_{k} \cdot (z_{k} - {\hat{γ}}_{k}^{-})

P_{k} = (1 - K_{k}) \cdot P_{k}^{-}

之后，MCU 150基于如下面的[数学式5]通过横摆角速度检测部130检测出的检测横摆角速度值和通过前述的[数学式1]计算出的原来的横摆角速度值，计算出方位角（Heading Angle或Yaw Angle）（步骤720）。

[数学式5]

ψ_des＝∫(Yaw_Rate_Me_asnred-Taw_Rate_Or_iginal)dt

此后，MCU 150利用下面[数学式6]计算目标力矩值（步骤730）。

[数学式6]

M_{z} = (- a \cdot γ - b \cdot a_{y} - c \cdot δ_{f} + {\overset{\cdot}{γ}}_{d} - K \cdot Sat (\frac{γ - γ_{d}}{ϵ})) \cdot I_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}}

因为大部分的所有滑模控制器在到达滑动表面时会震颤（chattering），为防止其发生，会利用饱和（Saturation）函数。上述的[数学式6]中

相当于饱和函数。

因此，若删除此饱和函数，则发生震颤，由此会产生车轮压力的变动，这会引发向触觉装置400的反馈信号。因此，将相当于前述[数学式6]中的饱和函数的部分，如[数学式7]进行变形，从而利用触觉技术，向驾驶员警告危险状态，使驾驶员能够对应危险情况。

之后，MCU 150将通过上述[数学式7]计算出的目标力矩值传送到制动系统200中（步骤820）。制动系统200从MCU 150接收目标力矩值，执行车辆的制动动作。由于通过制动系统200的车辆制动动作，发生车轮压力的变动，这会诱发向触觉装置400发出反馈信号。驾驶员通过触觉装置400可以感知危险状态，做出对此合适的应对方案，从而可以防止事故。

尽管示出和描述了本发明的实施例，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的原则和精神的前提下，可对该实施例进行改变，本发明的范围由权利要求书和其等同物限定。

Claims

1.一种车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，包括：

车轮速度检测部，其检测车辆的车轮速度；

转向角检测部，其检测所述车辆的转向角；

微控制器单元，其利用所述车轮速度和所述转向角，当变换车道时，在想要变换的车道上，后行的车辆威胁到所述车辆时，计算出将所述车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度值，并比较所述必要横摆角速度值和预设值，根据所述比较结果，辅助所述车辆的车道变换动作。

2.根据权利要求1所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元利用下面的[式1]和[式2]，计算所述必要横摆角速度值；

[式1]

{\overset{\cdot}{ψ}}_{des} = Yaw_Rat {e_}_{Original} + Yaw_{Rate_}_{T \arg et}

其中，Yaw_Rate__Target为根据驾驶情况所决定的值，具有约-5deg/s~5deg/s的值；

[式2]

Yaw_Rat {e_}_{original} = \frac{V}{l_{f} + l_{r} + \frac{{mV}^{2} (l_{r} C_{ar} - l_{f} C_{af})}{{2 C}_{af} C_{ar} L}} δ .

3.根据权利要求2所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元，若所述必要横摆角速度值小于所述预设值，则执行方位角控制，若所述必要横摆角速度大于所述预设值，则通过执行触觉控制，从而辅助车辆的车道变换动作。

4.根据权利要求3所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元利用下面[式3]计算所述方位角，利用下面[式4]计算目标力矩值；

[式3]

ψ_des＝∫(Yaw_Rate__Measnred-Yaw_Rate__Original)dt

[式4]

M_{z} = (- a \cdot γ - b \cdot a_{y} - c \cdot δ_{f} + {\overset{\cdot}{γ}}_{d} - K \cdot Sat (\frac{γ - γ_{d}}{ϵ})) \cdot I_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}} .

5.根据权利要求4所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元将计算出的所述方位角和所述目标力矩值传送到制动系统中，从而执行所述方位角控制。

6.根据权利要求3所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元利用下面[式5]计算目标力矩值；

[式5]

M_{z} = (- a \cdot γ - b \cdot a_{y} - c \cdot δ_{f} + {\overset{\cdot}{γ}}_{d} - K \cdot | γ - γ_{d} |) \cdot I_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}} .

7.根据权利要求6所述的车辆的车道变换辅助系统，其特征在于，所述微控制器单元将计算出的所述目标力矩值传送到制动系统中，执行所述触觉控制。

8.一种车辆的车道变换辅助方法，包括：车轮速度检测部，其检测车辆的车轮速度；转向角检测部，其检测所述车辆的转向角；其特征在于，所述车辆的车道变换辅助方法，其利用所述车轮速度和所述转向角，当变换车道时，在想要变换的车道上，后行车辆威胁到所述车辆时，计算出将所述车辆变换到原来的车道上所需要的必要横摆角速度值，并比较所述必要横摆角速度值和预设值，根据所述比较结果，辅助所述车辆的车道变换动作。

9.根据权利要求8所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，利用下面[式1]和[式2]计算所述必要横摆角速度值；

[式1]

{\overset{\cdot}{ψ}}_{des} = Yaw_Rat {e_}_{Original} + Yaw_{Rate_}_{T \arg et}

[式2]

Yaw_Rat {e_}_{original} = \frac{V}{l_{f} + l_{r} + \frac{{mV}^{2} (l_{r} C_{ar} - l_{f} C_{af})}{{2 C}_{af} C_{ar} L}} δ .

10.根据权利要求9所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，辅助所述车辆的车道变换动作为：若所述必要横摆角速度值小于所述预设值，则执行方位角控制，若所述必要横摆角速度值大于所述预设值，则执行触觉控制。

11.根据权利要求10所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，利用下面[式3]计算所述方位角，利用下面[式4]计算目标力矩值；

[式3]

ψ_des＝∫(Yaw_Rate__Measnred-Yaw_Rate__Original)dt

[式4]

M_{z} = (- a \cdot γ - b \cdot a_{y} - c \cdot δ_{f} + {\overset{\cdot}{γ}}_{d} - K \cdot Sat (\frac{γ - γ_{d}}{ϵ})) \cdot I_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}} .

12.根据权利要求11所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，将计算出的所述方位角和所述目标力矩值传送到制动系统中，执行所述方位角控制。

13.根据权利要求10所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，利用下面[式5]计算目标力矩值；

[式5]

M_{z} = (- a \cdot γ - b \cdot a_{y} - c \cdot δ_{f} + {\overset{\cdot}{γ}}_{d} - K | γ - γ_{d} |) \cdot I_{z}

其中

a = - \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{l_{f} + l_{r}} \frac{{(C_{f} + C_{r})}^{2}}{I_{z} V_{x}}

b = \frac{m (l_{f} C_{f} - l_{r} C_{r})}{(C_{f} + C_{r}) I_{z}}

c = \frac{{2 C}_{f} C_{r}}{C_{f} + C_{r}} \frac{l_{f} + l_{r}}{I_{z}} .

14.根据权利要求13所述的车辆的车道变换辅助方法，其特征在于，将计算出的所述目标力矩值传送到制动系统中，执行所述触觉控制。