用于車輛側向控制的系統和方法

背景技術：
車道偏離警示系統被設計成在車輛開始移出其車道而駕駛員沒有激活轉向信號燈來指示車道變化是有意的時對車輛的駕駛員發出警示。這種車道偏離警示系統可被用在高速公路和主干道路上并且如果車輛正離開其車道就提供視覺、聽覺和/或振動警示。這些偏離警示系統可被設計成通過解決下列碰撞的主要原因來最少化事故：駕駛員錯誤；分神和困倦。還存在車道保持系統，其不僅警示駕駛員車輛正偏離其車道的中心，而且如果駕駛員不采取任何動作，會自動地采取步驟以確保車輛位于其車道內。車道居中系統可通過將車輛的位置維持在車道的中心而進一步輔助駕駛員。車道居中系統可由許多單元組成，包括傳感器、計算機、致動器、通信模塊和其它系統和部件。因為車道居中系統自動地修正車輛的運動，所以車輛的駕駛員可能不注意存在的故障。

技術實現要素：
實施例涉及提供用于安裝在本車內的車道控制器，該車道控制器包括：（i）期望路徑生成器，用于生成期望路徑以保持本車在道路的車道內；（ii）轉向控制器，用于提供轉向指示以應用轉向修正從而保持車輛位于由期望路徑生成器所確定的車道內；（iii）車輛狀態估計器，用于估計車輛的狀態；（iv）車道標記檢測器，用于檢測指示車道的車道標記的位置；（iv）路徑預測器，用于預測車輛主動遵循的路徑，其中由轉向控制器應用的轉向命令是根據來自車道標記檢測器的輸入以提供反饋到期望路徑生成器從而修正由路徑生成器生成的期望路徑，并且還包括：（v）虛擬動態模塊，用于按照轉向控制器的輸入對車輛的預料路徑進行建模；（vi）比較器，用于比較所應用的實際轉向修正的結果和由虛擬動態模型預測的結果，以及診斷系統，用于診斷高于閾值的任何差異的根本原因。一些實施例提供車道監測功能以提供警示給駕駛員。在提供警示的情況下，警示可從包括視覺警示、聽覺警示、觸覺警示和它們的組合的組中選擇。一些實施例提供了車道保持功能，其中轉向控制器提供控制信號給輔助或自動轉向系統。在一些實施例中，轉向控制器可提供控制信號給包括電動動力轉向系統（EPS）、主動前輪轉向系統（AFS）和用于應用剎車到各個車輪的系統的組中的其中一個。在一些實施例中，車道控制器被鏈接到用于監測道路的至少一個傳感器。在一些實施例中，用于監測道路的至少一個傳感器是從由下面各項組成的組中選擇的：在可視區域內的視頻傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、立體照相機、雷達傳感器、和GPS/地圖定位傳感器。在一些實施例中，監測道路包括監測虛線車道標記、白實線、雙線和著色線中的至少一個。在一些實施例中，控制器被鏈接到由全球定位系統（GPS）、地圖、和路側基礎設施組成的組中的至少一個。在一些實施例中，車道控制器可通過由轉向角和轉向扭矩組成的組中的至少一個應用轉向修正。在一些實施例中，閾值是依賴于從由車輛速度、道路條件、道路曲率、轉向系統動態和車輛類型組成的組中所選的至少一個因素的可變閾值。在一些實施例中，由診斷系統診斷的根本原因是從由外部因素、轉向系統的機械故障和傳感器未對準組成的組中所選擇的。在一些實施例中，由診斷系統診斷的根本原因是從由車輪不平衡、車輪未對準、漏了氣的輪胎、EPS扭矩失衡、車道傳感器錯誤定位、照相機錯誤定位和照相機在偏航角方面未對準組成的組中所選擇的。診斷系統可診斷或發現其它的根本原因。在一些實施例中，比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，其中至少一個車輛動態測量設備監測包括轉向角、轉向扭矩、轉向方向、角加速度、線加速度、偏航率、速度、速度大小和車輪旋轉的組中的至少一個。在一些實施例中，比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，所述至少一個車輛動態測量設備包括由與轉向系統的部件相關聯的轉向角傳感器和轉向扭矩傳感器組成的組中的至少一個。在一些實施例中，轉向系統的部件選自包括轉向輪、轉向柱、轉向齒條和小齒輪以及車輛車橋的組。在一些實施例中，比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，所述至少一個車輛動態測量設備選自由加速度計、速度計、輪速傳感器、和慣性測量單元（IMU）組成的組。在一些實施例中，測量的車輛動態是通過有線鏈接，例如控制器區域網絡（CAN）總線等網絡（Flexray）或以太網（Ethernet），或是通過無線鏈接，從至少一個車輛動態測量設備接收的。在一些實施例中，車道控制器是用于車道監測、車道保持、車道居中、或車道變換的系統的一部分；該系統可包括至少一個處理器、內存、長期存儲器、至少一個用戶輸入部件、和至少一個輸出部件。在一些實施例中，系統還包括選自包括獨立的數據庫和在內存或長期存儲器內的數據庫的組的數據庫。在一些實施例中，至少一個輸入部件選自由觸摸屏、鍵盤、麥克風和指示器設備組成的組。在一些實施例中，至少一個輸出部件選自由顯示屏、觸覺輸出裝置和音頻設備組成的組。本發明的一個實施例涉及用于故障的自我診斷的方法，包括以下步驟：（d）在從駕駛員接收到關于車道居中輔助的請求時，檢查車道居中功能實際上可用并且接合車道居中系統；（e）計算合適的車道居中調節；（f）將該調節通過轉向控制器應用到轎車；（g）將步驟（e）的調節應用到虛擬車輛動態模塊；（h）記錄由（步驟f的）轉向調節引起的實際車輛運動；（i）計算預測的車輛運動；（j）在合適的距離上，比較實際記錄運動和計算的預測車輛運動；（k）在所檢測的差小于閾值量時，重新計算合適的車道居中調節；而（l）不過，如果檢測到差超過了預定的閾值，就運行診斷邏輯以診斷原因。該方法還進一步包括開始以下步驟：（a）檢查車道居中系統是被接合還是被脫離接合；（b）如果車道居中系統被脫離接合，檢查駕駛員是否請求車道居中輔助；如果駕駛員沒有請求車道居中輔助，以及（c）根據選自由在旅程期間連續地、在旅程的特定點處、當車輛從基本上靜止的位置移動時、在車載計算機檢測到高速路或高速公路駕駛的情況下、在GPS被激活的情況下、在駕駛期間或路上駕駛，每隔預定的距離間隔和每隔預定的時間間隔間斷地組成的組的時間表重新運行步驟“a”和“b”。在一些實施例中，方法還包括首先提供車道居中控制器，其包括（i）期望路徑生成器，用于生成期望路徑以保持本車在道路的車道內；（ii）轉向控制器，用于提供轉向指示以應用轉向修正從而保持車輛位于由期望路徑生成器所確定的車道內；（iii）車輛狀態估計器，用于估計車輛的狀態；（iv）車道標記檢測器，用于檢測指示車道的車道標記的位置；（iv）路徑預測器，用于預測車輛主動遵循的路徑，其中由轉向控制器應用的轉向是根據來自車道標記檢測器的輸入以提供反饋到期望路徑生成器從而修正由路徑生成器生成的期望路徑，（vi）虛擬動態模塊，用于按照轉向控制器的輸入對車輛的預料路徑進行建模；（vii）比較器，用于比較所應用的實際轉向修正的結果和由虛擬動態模型預測的結果，以及（viii）診斷系統，用于診斷高于閾值的任何差異的根本原因。在一些實施例中，診斷包括檢查轉向扭矩中的偏差是否超過了預定的極限，在超過的情況下診斷可歸因為轉向故障的潛在原因，而如果轉向扭矩中的偏差小于預定的極限，那么將故障歸因于傳感器系統。在一些實施例中，其中轉向扭矩中的偏差超過了預定極限，診斷還包括檢查齒條和小齒輪轉向系統的齒條位置的匹配或不匹配，使得如果沒有可檢測到的齒條位置不匹配，就診斷與車輪不平衡或欠壓輪胎相關的原因，而如果有可檢測到的齒條位置不匹配，就確定轉向被偏置；其中如果轉向扭矩中的偏差小于，監測駕駛員的優選車道偏移，使得在該偏移總是被偏置的情況下，診斷車道傳感器的錯誤定位，并且如果即使在相對筆直的道路上行進時還有連續的振蕩運動，那么診斷在偏航角方面的車道傳感器未對準。在一些實施例中，車道傳感器包括一個或多個照相機，例如單前視照相機、立體照相機、或前和后觀察照相機的組合。一些實施例涉及用于安裝在車輛的處理器上的計算機軟件產品，該計算機軟件產品包括處理器可讀的介質，該介質上存儲有：（ii）用于接收來自駕駛員的關于車道居中輔助的請求、檢查車道居中功能實際上可用并接合車道居中系統的第二組指令；（iii）用于計算合適的轉向調節的第三組指令；（iv）用于將調節應用到車輛的轉向機構的第四組指令；（v）用于提供車輛動態模擬的第五組指令；（vi）用于將調節應用到車輛動態模擬的第六組指令；（vii）用于記錄由轉向調節引起的實際車輛運動的第七組指令；（viii）用于計算預料車輛運動的第八組指令；（ix）用于在合適的距離上比較實際記錄運動和計算的預料車輛運動的第九組指令；（x）在檢測的差小于閾值量時用于重新計算合適的車道居中調節的第十組指令；在檢測到差超過預定閾值時，運行用于診斷根本原因的第十一組指令。在一些實施例中，介質上還存儲有，（i）用于檢查車道居中系統是否被接合并且如果沒有被接合，用于檢查駕駛員是否已經請求了接合車道居中系統，以及車道居中系統是否可用的第一組指令。在一些實施例中，可診斷的根本原因選自由車輪不平衡、車輪未對準、漏了氣的輪胎、EPS扭矩不平衡、車道傳感器錯誤定位、照相機錯誤定位和在偏航角方面的照相機未對準組成的組。本申請還提供了如下方案：方案1.一種安裝在車輛上的車道控制器系統，包括：（i）路徑生成器，用于生成期望路徑以將車輛控制在道路的車道內；（ii）轉向控制器，用于應用轉向修正從而保持車輛在由路徑生成器所確定的期望路徑上的運動；（iii）車輛狀態估計器，用于估計車輛的狀態；（iv）車道標記檢測器，用于檢測指示車道邊界的車道標記，其中所述期望路徑是基于來自車道標記檢測器的反饋和所述車輛的所述狀態；（v）路徑預測器，用于基于車輛的當前速度、加速度、偏航率和轉向角，預測車輛主動遵循的路徑，其中所述轉向修正是在預測路徑不同于期望路徑的情況下改進車輛的預測路徑；（vi）虛擬動態模塊，用于基于由轉向控制器應用的轉向修正對車輛的預料路徑進行建模；（vii）比較器，用于比較在應用轉向修正時車輛占據的實際路徑和由虛擬動態模塊建模得到的預料路徑；以及（viii）診斷系統，用于在所占據的實際路徑與預料路徑之間的差高于閾值的情況下診斷該差的原因。方案2.如方案1所述的車道控制器系統，其中所述車道控制器系統被鏈接到至少一個傳感器以監測道路。方案3.如方案2所述的車道控制器系統，其中所述至少一個傳感器包括由可視領域內的視頻傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、立體照相機和雷達傳感器所組成的組中的至少一個；以及其中所述至少一個傳感器監測虛線車道標記、白實線、雙線、著色線或道路邊緣中的至少一個。方案4.如方案1所述的車道控制器系統，其中所述車道控制器系統是車道保持輔助、車道居中和車道改變系統的部件。方案5.如方案1所述的車道控制器系統，其中所述閾值是依賴于從由車輛速度、道路條件、道路曲率、轉向系統動態和車輛類型組成的組中所選的至少一個因素的可變閾值。方案6.如方案1所述的車道控制器系統，其中由診斷系統診斷的原因是從由外部因素、轉向系統的機械故障和傳感器未對準組成的組中所選擇的。方案7.如方案1所述的車道控制器系統，其中由診斷系統診斷的原因是從由車輪不平衡、車輪未對準、漏了氣的輪胎、EPS扭矩失衡、車道傳感器錯誤定位、照相機錯誤定位和照相機在偏航角方面未對準組成的組中所選擇的。方案8.如方案1所述的車道控制器系統，其中比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，其中至少一個車輛動態測量設備監測包括轉向角、轉向扭矩、轉向方向、角加速度、線加速度、偏航率、速度、速度大小和車輪旋轉的組中的至少一個。方案9.如方案1所述的車道控制器系統，其中比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，所述至少一個車輛動態測量設備包括由與轉向系統的部件相關聯的轉向角傳感器和轉向扭矩傳感器組成的組中的至少一個。方案10.如方案9所述的車道控制器系統，其中轉向系統的所述部件選自包括轉向輪、轉向柱、轉向齒條和小齒輪以及車輛車橋的組。方案11.如方案1所述的車道控制器系統，其中比較器從至少一個車輛動態測量設備接收關于實際轉向修正的輸入，所述至少一個車輛動態測量設備選自由加速度計、速度計、輪速傳感器、和慣性測量單元（IMU）組成的組。方案12.如方案1所述的車道控制器系統，其中測量的車輛動態是通過有線鏈接和無線鏈接中的至少一個從至少一個車輛動態測量設備接收的。方案13.如方案1所述的車道控制器系統，其中所述車道控制器系統是用于車道監測或車道保持的系統的一部分，其中所述系統包括至少一個處理器、內存、長期存儲器、至少一個用戶輸入部件、和至少一個輸出部件。方案14.如方案13所述的車道控制器系統，還包括選自獨立數據庫、內存和長期存儲器的組的數據庫。方案15.一種用于在車輛上自我診斷故障的方法，包括以下步驟：（d）在從駕駛員接收到關于車道居中輔助的請求時，檢查車道居中功能實際上可用并且接合車道居中系統；（e）計算合適的車道居中調節；（f）將調節通過轉向控制器應用到車輛的運動；（g）將步驟（e）的調節應用到虛擬車輛動態模塊，由此計算預料車輛運動；（h）記錄由步驟（f）的轉向調節引起的實際車輛運動；（i）在合適的距離上，比較實際車輛運動和預料車輛運動；（j）如果基于比較在實際車輛運動和預料車輛運動之間的差小于閾值量，重新計算合適的車道居中調節；（k）如果基于比較實際車輛運動和預料車輛運動之間的差大于閾值量，就診斷該差的原因，其中該原因包括車輪不平衡、車輪未對準、欠壓輪胎、扭矩失衡、車道傳感器錯誤定位、照相機錯誤定位和照相機未對準中的至少一個。方案16.如方案15所述的方法，還包括步驟：（a）確定車道居中系統是被接合還是被脫離接合；（b）如果車道居中系統被脫離接合，檢查駕駛員是否請求車道居中輔助；如果駕駛員沒有請求車道居中輔助，重新運行車道居中脫離接合；以及（c）根據選自由下面各項組成的組的計劃重新運行階段“a”和“b”：在旅程期間連續地、當車輛從基本上靜止的位置移動時、在車載計算機檢測到高速路或高速公路駕駛時、在GPS系統被激活時、在路上駕駛期間，每隔預定的距離間隔間斷地；和每隔預定的時間間隔間斷地。方案17.如方案15所述的方法，其中所述診斷包括比較轉向扭矩中的偏差與預定極限，如果轉向扭矩中的偏差大于預定極限，那么診斷原因為可歸因于轉向故障，如果轉向扭矩中的偏差小于預定極限，那么診斷原因為可歸因于傳感器系統。方案18.如方案17所述的方法，其中如果轉向扭矩中的偏差超過了預定極限，還包括：如果在車輛的齒條和小齒輪系統中檢測到匹配，那么診斷原因為與車輪不平衡或欠壓輪胎相關；以及如果在車輛的齒條和小齒輪系統中檢測到不匹配，那么診斷原因為轉向偏差或不準確的角傳感器；其中如果轉向扭矩中的偏差小于預定極限，還包括：如果駕駛員的優選車道偏移是使得該偏移總是被偏置，那么診斷原因為車道傳感器錯誤定位，以及如果駕駛員的優選車道偏移是使得即使在行駛在相對筆直的道路上時仍存在連續的振蕩運動，那么振蕩原因為在偏航角方面...