基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法.pdf

本发明提出了一种基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法。进行侧风补偿首先需要判断车辆是否正在直行，本发明除了应用转向角及转向角速度相关信息外，还从车道保持辅助系统的图像传感器处获取前方道路曲率信息、与车道间的方位角信息及相对车道的侧向位移信息，并依据上述信息判断车辆是否直行。通过这种方式准确迅速地判断车辆是否直行后，进行侧风补偿。

权利要求书一种基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
判断车辆的行驶速度是否超出标准速度的阶段；
如果所述行驶速度超出标准速度，则依据从车道保持辅助系统的图像传感器处获取的前方道路曲率信息、与车道间的方位角信息及相对车道的侧向位移信息判断所述车辆是否正在直行的阶段；
如果判断所述车辆处于直行状态，则进入判断车辆是否产生了转向力矩的阶段；以及
如果产生了所述转向力矩，则进入对所述转向力矩进行补偿的阶段。
根据权利要求1所述的基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法，其特征在于，
判断所述车辆是否处于直行状态的阶段时，还进一步考虑了转向角及转向角速度，判断车辆是否直行。
根据权利要求2所述的基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法，其特征在于，
在判断所述车辆是否处于直行状态的阶段中，在所述转向角及转向角速度、所述前方道路曲率及所述前方方位角、所述侧向位移所有数值均满足指定范围的情况下，判断所述车辆是否直行。
根据权利要求3所述的基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法，其特征在于，
在判断所述车辆是否处于直行状态的阶段中，在所述数值在一定时间内持续满足所述指定范围时，判断所述车辆是否直行。
根据权利要求4所述的基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法，其特征在于，
在所述补偿阶段，根据产生的转向力矩，通过对转向角进行 PID控制，在转向电动机力矩端施力。

说明书基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法
技术领域
本发明涉及车辆系统，特别是与车辆系统中的转向技术相关，具体为一种基于车道保持辅助系统用图像传感器的电动转向侧风补偿方法。
背景技术
韩国第10‑2006‑0069679号专利使反映驾驶者驾驶特性的电动转向器相关技术成为众所周知的技术。这种电动转向器一方面通过加速度的均方根数值判断加速与减速的频度及幅度，另一方面通过转向角速度的均方根数值判断驾驶者紧急转向的频度及幅度，转向器所具有的这种反映驾驶特性的操作功能可以根据驾驶者的驾驶特性增加或减少转向辅助动力，从而确保转向的稳定性。但该专利中的技术仅考虑了驾驶者的驾驶特性，如图1‑A所示，车辆受到侧面风的压力，或如图1‑B所示，车辆行驶在倾斜路面时，即外部因素对驾驶者的直行产生作用时，该技术方案无法针对所述情况进行补偿。因此，在现有技术方案中，驾驶者为了保持直行，需要直接对外力进行补偿，则必须朝与外力相反的方向施加转向力，但如果外力持续时间很长，驾驶者为保持直行，就必须持续用力，这就导致驾驶者产生转向疲劳感。
发明内容
本发明提供了一种车辆在直行过程中，因外力脱离直行状态时，为保持车辆直行自动进行转向补偿的技术方案。
本发明提出的一种基于车道保持辅助系统用图像传感的电动转向侧风补偿方法包括：判断车辆的行驶速度是否超出标准速度的阶段；如果所述行驶速度超出标准速度，将依据从车道保持辅助系统（Lane Keeping Assist System）的图像传感器处获取前方道路曲率（Curvature）信息、与车道间的方位角（Heading Angle）信息及相对车道的侧向位移信息判断所述车辆是否正在直行的阶段；如果判断所述车辆处于直行状态，则进入判断车辆是否产生了转向力矩的阶段；如果产生了所述转向力矩，则进入对所述转向力矩进行补偿的阶段。在对所述车辆是否直行进行判断的阶段，还考虑了转向角及转向角速度相关信息，然后再判断车辆是否直行。
另外，在判断所述车辆是否处于直行状态的阶段，是在所述转向角及转向角速度、所述前方道路曲率及所述前方方位角（Heading Angle）、所述侧向位移等所有数值均满足指定范围的情况下，判断所述车辆是否直行。并且在判断所述车辆是否处于直行状态的阶段，是所述数值在一定时间内持续满足所述指定范围时，判断所述车辆是否直行。
本发明具有的优点在于：
本发明具有缓解驾驶者转向疲劳的效果，另外，通过缩短判断车辆是否直行的监测时间，进一步提高了控制的效率。一般情况下，具有LKAS的车辆都装配了图像传感器及MDPS（Motor‑Driven Power Steering），所以本发明还具有无需增加硬件设备，仅通过增加软件就可实现相应功能的优点。
附图说明
图1‑A是车辆受到侧面风的压力时，为保持车辆直行而施加转向力的示例图；
图1‑B是车辆行驶在倾斜路面时，保持车辆直行而施加转向力的示例图；
图2是侧风补偿系统进行侧风补偿的流程图；
图3是图2中标记的子过程①、②、③的细化流程图；
图4是对LKAS图像传感器输出的信号进行说明的参考图；
图5是本发明的一个实施例中应用LKAS输出信息，图2过程中的子过程①、②、③的细化流程图；
图6是根据图5采用侧风补偿逻辑的系统体现施加侧风补偿力矩的示例图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行说明，这将使所述及本发明的更多形态变得更为清楚。
如图2所示，为本发明MDPS（Motor‑Driven Power Steering）侧风补偿系统进行侧风补偿的基本流程图。
在车辆行驶过程中，控制单元为进行侧风补偿系统的转向控制，首先判断车辆是否在高速行驶（步骤S200）。例如，控制单元在车辆以60kph以上速度行驶时，判断车辆在高速行驶。如判断车辆处于高速行驶状态后，控制单元判断车辆是否处于直行状态（步骤S210）。如判断车辆处于直行状态，控制单元是否发生外力引起的侧向倾斜（步骤S220）。满足以上情况时，控制单元就能够预测驾驶者准备转向将导致的侧向倾斜，从而进行补偿控制。具体来说，控制单元将会根据侧向倾斜的程度，在转向电动机力矩端输入力矩叠加值，进行补偿控制（步骤S230）。完成补偿控制后，控制单元判断车辆是否处于稳定状态，如果不是，就重新回到步骤S220阶段。
图3是图2过程中的标记的子过程①、②、③的细化流程图。
控制单元通过转向角及转向角速度信号判断转向角及转向角速度是否在一定的临界值范围之内（步骤S300和步骤S310）。如果满足条件，控制单元将通过车速及偏航角速度（yaw rate）推断当前行驶道路的曲率半径（阿克曼半径ackermann Radius），然后进一步判断所推测的曲率半径数值是否大于一定的临界值（步骤S320）。如果曲率半径数值大于一定的临界值，控制单元将监测这种状态是否持续一定时间（例如:10秒）（步骤S330）。如果持续了一定时间，那么控制单元将进一步判断是否产生了转向力矩(转向柱力矩)（步骤S340），并对当前产生的转向柱力矩（电动机力矩）进行补偿（步骤S350）。
如果在所述过程中推断的曲率半径数值很大，那么就可以判断道路的弯曲程度很小，从而可以推断其为直线道路。但如果驾驶者过度转向，测得的道路曲率数值就会因驾驶者的转向所导致的偏航转向角的变化而变得不正确，而且当驾驶者确实在斜向驾驶时，偏航转向角将变得接近于0，这时很难判断车辆是在平行道路行驶还是与道路成倾斜角度行驶。因此，只有对行驶状况进行充分的监测，才能正确地将驾驶者的转向意图与道路情况相关联（correlation），从而减少误动作及敏感动作。
正如下面所述，本发明的形态之一侧风补偿系统如图4所示，从车道保持辅助系统（Lane Keeping Assist System，LKAS）处获取车辆相对车道的侧向位移（位置）、道路曲率及车道方位角等信号，并通过应用这些信号迅速、准确地判断驾驶者是否在直线道路上直行。具体地说，本发明的形态之一侧风补偿系统除了转向角及转向角速度信息外，还依据LKAS图形传感器输出的前方道路曲率（Curvature）信息，前方车道方位角（Heading Angle）信息及到车道边缘的侧向偏移（Lateral Offset）信息对车辆是否直行进行判断。
图5是本发明的一个实施例中应用LKAS输出信息，图2过程中的子过程①、②、③的细化流程图。
控制单元应用转向角及转向角速度信号，判断转向角及转向角速度是否在一定的临界值范围之内（步骤S500）（步骤S510）。如果在一定范围内，控制单元继续判断从LKAS图像传感器处获取的前方道路曲率数值及前方车道方位角是否在一定的临界值范围之内（步骤S520和步骤S530），另外应用到车道边缘的侧向偏移判断到车道边缘的距离（Distance to Lane Boundary，DTLB）的变动率是否在一定临界值的范围之内（S540）。如果DTLB变动量在一定的临界值范围之内，控制单元将监测这种状态是否持续了一定时间（步骤S550）。如果持续了一定的时间，控制单元将判断是否发生转向角偏移（步骤S560），如果发生偏移则对转向角进行补偿（步骤S570）。
图3的方法中存在实际前方道路的曲率信息受到驾驶者影响的问题，而图5的方法则可以排除这种影响，使车辆能够更为准确地把握实际道路信息，从而有助于判断车辆是否直行。另外，因为能够知道车道切线方向矢量与车辆中心线之间的角度，所以能够根据前方车道方位角信息判断驾驶者是与车道平行直行，还是与车道成倾斜角度行驶而不产生偏航角速度。而且可应用相对车道的侧向偏移，通过到车道边缘的距离（DTLB）获得接近车道的速度及偏移量，这比图3的方法更为稳定，并能够更为准确地判断车辆行驶的状况。
另外，应用LKAS图形传感器输出信息的最大优点在于能够大大缩短监测驾驶者行驶的时间。图3的方法中判断车辆是否直行的依据均来自车辆自身的信号，因此敏感度相对较低，并且只有在非常明确的情况下车辆才能发生动作，所以所需的监测时间相对很长（约10秒），这就降低了侧风补偿逻辑的控制效率，也就是说只能进行较少次数的侧风补偿，这是一个缺点。但如图5方法所示，如果能够实时应用图形传感器的信息，对行驶信息进行反馈，那么步骤S550中的监测时间就会大大少于原来所需的时间，在效率方面具有很大的优点。图6是根据图5的方法采用侧风补偿逻辑的系统体现施加侧风补偿力矩的示例图。其中标号①的位置表示把握施加于车辆的侧风，标号②的位置表示施加用箭头体现的侧风补偿力矩，这样就可以缓解驾驶者的转向疲劳感。
一方面，在转向电动机力矩端施加图3中驾驶者维持的转向力矩，即在步骤S340中算出的与所把握的转向力矩相当的电动机力矩。但如果在转向电动机力矩端施力，也只有在了解MDPS本身的逻辑的情况下，才能进行正确的控制，所以如果应用其它公司的MDPS，兼容性方面就会存在很大的劣势。作为本发明形态之一的控制单元可以通过对转向角进行PID控制（proportional integral derivative control）（公式（1））施加能够维持转向角的转向力矩，这就使直观的控制成为可能。公式（1）为进行PID控制，给出了补偿力矩（Tcompensation）及整体MDPS辅助力矩（Tassist,Total）的计算公式，具体如下：
SWAerr=SWATg ‑SWAcurrerg