專利名稱：用于協助變換車道的車輛駕駛輔助系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛駕駛輔助系統，尤其涉及一種用于協助變換車道的車輛駕駛 輔助系統。
背景技術：
現有技術中已有用于協助變換車道的車輛駕駛輔助系統。例如，專利文獻EP-1312506描述了一種駕駛輔助系統，該系統通過對潛在的危險 發出信號，即，在車道變換過程中，鄰道上正在靠近的車輛可能會與該輔助系統的車輛相 撞，從而適于協助駕駛員采取變換車道策略。為了獲得側邊車道監控系統，已知的系統使用外部攝像機，該外部攝像機優選地 與側后視鏡為一體式，以提供輸出信號，該輸出信號適于探測鄰道上車輛的存在狀況及其 運動。然而，這種系統并不是最佳系統，因為其探測范圍不超過車輛的長度，因此無法準 確地探測到從遠處高速駛來的車輛，而這可能會延長正常的駕駛員對障礙的反應時間。因此，所述已知的解決方案提供的駕駛輔助程度有限，不足以確保在任何危險駕 駛情形下的全面輔助。

發明內容
因此，本發明的目的在于，提供一種解決上述所有問題的車道變換輔助系統。本發明涉及一種車道變換輔助系統，包括車道探測模塊，包括能夠處理圖像、探測道路幾何形狀及車輛相對于道路的軌跡 的系統；側向探測模塊，包括雷達系統，該雷達系統能夠探測鄰道上的物體，并測量其位置 和速度；車輛數據模塊，能夠探測關于車輛參數的數據；接觸反應控制模塊，能夠接收來自所述車道、所述側向探測模塊和所述車輛數據 模塊的信號，并輸出用于傳送至車輛轉向系統的抵消扭矩。優選地，車道變換輔助模塊(LCAM)通過進行適當的轉向干預，即，施加主動轉向 扭矩，防止駕駛員在危險情形下采取變換車道的對策，從而避免由于變換車道的車輛所行 駛的車道上有另一車輛靠近而產生的緊急情況。本發明尤其涉及一種用于協助變換車道的車輛駕駛輔助系統，如權利要求中所 述。


通過以下對優選實施例(以及該實施例的相關替代例)的詳細說明并結合附圖， 本發明的目的和優點將清晰展現
圖1. 1到1.6為道路車流的典型情形圖示，其中應用了根據本發明的車道變換輔 助系統；圖2. 1和2. 2分別為道路的彎曲半徑以及車輛關于交通道路的軌跡的圖示；圖3. 1到圖3. 4示意了車輛上雷達位置的兩個變形；圖4為根據本發明的駕駛輔助系統的功能框圖；圖5為系統對轉向裝置施加的抵消扭矩的圖示；圖6為系統軟件功能的有限狀態圖；附圖中相同的標記數字和字母表示同一部件或者功能等同的部件、元件或幅度。
具體實施例方式以下結合主要組成模塊對本系統-即本發明的目的進行具體說明。車道變換輔助系統，以下簡稱LCA，包含兩個主要功能檢測鄰接區域內的車輛存在情況，即，側邊車道上平行的車輛(盲區監控)；檢測后方駛來的車輛，并對其距離和相對靠近速度進行估值(靠近車輛監控)。根據上述兩個功能，當車輛保持在其車道上，以及當駕駛員試圖采取車道變換手 法時，所述LCA系統將其他車輛的存在情況告知駕駛員。因此，所述LCA系統具有兩個目的第一，將位于盲區的車輛存在情況告知駕駛員 (當方向指示器激活后)；第二，當駕駛員試圖采取危險的車道變換手法時，該系統對其發 出警告。因此，有必要探測位于盲區和該車輛所行駛車道的鄰接車道上其他車輛的情況。對 于所述警告功能，為評估警告的輕重等級，有必要知道后方車輛的距離和速度。務必記住，相當多的交通事故發生在這樣的道路上兩車的行駛路徑相平行，接著 其中一輛車變換車道，撞上另一輛車。述及功能，所述LCA系統優選地具有以下特征適用于任何類型的道路，典型地為多條平行車道，其最小彎曲半徑為例如125、250 或500m (圖2. 1)，依情況而定；在一定的車輛速度范圍內發揮干預，例如，從最低速度5km/h到法律允許的最高 速度(重型卡車為90km/h)；可以在任何天氣狀況下工作，包括最惡劣的情形，例如霧天，大雨天，或雪天，以及 任何照明狀態，甚至在夜間；可以探測到任何類型的車輛。圖1示意了典型的車道變換情形朝左轉向，為超車或排成列行駛(圖1. 1)；朝右轉向，適于超車結束后或排成列 行駛后(圖1.2)；從休息區駛上車道，或者由于車輛正在行駛的車道發生阻塞而變換車道 (圖1.3)；從側邊車道超車后(圖1.4)、或有車輛位于盲區時(圖1.5)，保持在自己的側道 上；超車結束后轉回右車道(圖1. 6)。所述LCA系統具有圖4所述的軟件架構。車道探測模塊LDM，包括虛擬系統，該虛擬系統由電視攝像機和適當的硬件/軟件 組成，能夠處理圖像，并探測道路幾何形狀和車輛相對于交通道路的軌跡(參見圖2. 2)。側向探測模塊LVD，包括能探測鄰道上的物體、并測量其位置和速度的感應系統。
轉向控制模塊SCM，能夠將通過功能控制算法計算的扭矩傳送至方向盤，轉向箱可 以配備電動助力轉向裝置、扭矩傳感器和轉向角。車輛數據模塊SVV，能夠根據車輛參數輸出如車輛速度、偏航速率、橫向加速度、轉 向角和方向指示器等數據。接觸反應控制模塊HFC，包括電動控制單元，該電動控制單元用于接收來自道路、 所述橫向探測模塊和車輛數據模塊的數據，并輸出傳送至車輛轉向系統的抵消扭矩。人機界面模塊HMI，利用所述LCA的功能對駕駛員進行干預。特別地，所述側邊探測模塊LVD包括一個或多個雷達，以獲得側向視野。所述側向視野系統探測位于鄰道上的車輛。該探測基于對被探測物體的運動的分析環境中所有因素(道路，房屋，樹木，停 泊車輛等)都與正進行超車的車輛具有反向的相對運動。當所述車輛沒有位于預定激活區 域(最低速度<車輛速度<最高速度)，所述功能自動關閉。以上分析是通過雷達及各雷達軟件，在對應于緊鄰車道的圖像特定部分進行的。 在車輛上其他傳感器發出的信號的基礎上，該被分析的區域動態地適應道路幾何形狀的改變。所述雷達進行以下測量以水平視野，即40°視角探測鄰道上的物體存在情況；評估障礙物的距離，最大距離視野為例如向后100米(如圖2. 1中的距離D)；
評估與鄰道上駛來車輛的相對速度。至于其位置，參見圖3. 1和3. 2，雷達R突出于車輛的側壁，以確保最佳功能。優 選地，具有兩個雷達，每側各一個，以控制兩邊鄰道，雷達的高度適當，距離地面不太遠，優 選地位于前輪上方、在車廂側約1. 2米高處，并朝著車輛的后方，以最優化其定位和掃描范圍。圖3. 3和3. 4示意了雷達R的另一例最佳位置，位于用作登上車輛的側梯的踏板 豎板上。在這個位置，所述雷達不增加車輛空轉(低速時)的橫向尺寸L。雷達，或兩個雷達——車輛每側各一個，位于車廂區域、車輪罩之上，其定位是通 過設置適當的隔間來實現的，該隔間使雷達在折疊后保持在法律規定的靜止車輛的最大寬 度范圍之內。因此，雷達可以安裝在折疊型支撐件上，當車輛靜止或其速度大于控制干預閾值 時，該支撐件允許手動或自動折疊雷達。折疊機構可以是例如與后視鏡所采用的相同的類 型，并能夠實現停止的開口位置的功能，例如卡合類型，因為該位置需要十分精確，以實現 最佳定位功能。當車輛超過預定速度時，所述用于保持雷達的支撐件通過適合的促動器自動打 開。當車輛超過激活該功能的速度而支撐件沒有打開時，例如，由于促動器故障或支撐件的 機械阻塞，所述雷達探測到閉合位置，關閉功能，并向駕駛員發出信號，示意該功能不可用。 可能產生的停止位置(打開位置)的最小漂移可以通過自動校準步驟，在完成打開步驟后 自動激活，由雷達自身來補償。由于傳統系統并未覆蓋車輛旁側區域，即所謂的盲區，而雷達取代了現有技術中 的集成在后視鏡中的攝像機，解決了上述問題，提高了駕駛安全性，因而實現了更好的側邊監測。接觸反應控制模塊HFC實現轉向裝置上的接觸反應，即，該模塊根據對后方或旁 邊其他車輛位置的探測，計算施加到方向盤上的抵消扭矩。另外，所述HFC可監控駕駛員的手是否在方向盤上，必要時發出警告信號。HFC還 控制人機界面模塊HMI，通過發出聽覺或視覺警報，將緊急或危險情況恰如其分地告知駕駛
員O所述LCA系統在車輛未配備轉向控制模塊SCM以及接觸反應控制模塊HFC時也能 實現其功能。在這種情況下，所述HMI模塊將為駕駛員提供即時聽覺或視覺信號而非接觸 反應，從而不改變該協助變換車道的駕駛輔助系統的目標。顯然，將抵消扭矩應用到轉向系 統的接觸信號提供了顯著的附加值，因而該接觸信號是所述LCA系統的一種特別功能。所述HFC模塊接收來自所述LDM、LVD和SVV模塊的數據，將處理后的數據發送至 所述SCM，進行扭矩請求，接著傳送至所述HMI模塊，以告知駕駛員。使用的主要信號有
來自LDM的信號
車輛相對于右道線或左道線的橫向位移；
車輛相對于車道中軸線的角度；
道路的彎曲度；
道路左右邊界的類型；
來自LVD的信號
鄰道上車輛的存在情況、位置和速度；
來自SCM的信號
駕駛員施加在方向盤上的扭矩；
轉向角和速度；
車輛信號
速度、偏航程度、橫向加速度、方向以及方向指示器。
所述HFC模塊計算出所請求的、傳送至轉向控制器SCM的扭矩值，以便在車道變換
過程中將臨近的危險警告駕駛員，并輸出如圖5所示的扭矩圖。該計算考慮了側邊車輛的存在情況、車輛相對于車道中間以及車道尺寸的位置， 輸出如圖5所示的扭矩圖。需要區別三種類型的區域無干預區，其中，扭矩為0-持續到駕駛員將車輛保持在車道中間、遠離車道邊界； 在這種情況下，盡管一些車輛從側邊靠近，所述LCA并不通過轉向裝置向駕駛員提供任何 接觸反應；中間區，其中，扭矩請求為關于扭矩請求最大值、車道寬度、最大干預值以及無干 預值的線性函數。如果車輛朝車道邊界偏移，而鄰道上有一輛危險的車，當所述車輛超過靠近車道 邊界的預定距離時，所述LCA對轉向裝置施加扭矩，向駕駛員提供接觸反應。最大干預值區，其中，輸出的扭矩為扭矩請求最大值(MAX TORQUE REQUEST)，當車 輛行駛在車道的該“側邊”區域，而鄰道上存在著危險車輛時。
優選地，所述施加轉向扭矩的SCM模塊包括電子控制轉向系統，以及當用于重型 車輛時，該轉向扭矩優選地由轉向單元提供，該轉向單元為電子控制伺服輔助型(EPS)，配 合使用液壓控制伺服輔助型(HPS)轉向單元。所述LCA系統還適于實現“空置”狀態下的功能，在該狀態包含的以下情形中，所 述LCA系統的干預作用將被繞過或取消駕駛員施加的扭矩超過由所述LCA提供的最大扭矩(扭矩請求最大值)；轉向角的絕對值超過一定閾值；轉向速度超過一定閾值；車道寬度小于最小值或大于最大值；車輛超出車道，例如超出0. 30m。所述LCA系統軟件的實現基于有限狀態模塊基礎，如圖6所示。四種有限狀態可能為IDLE(空閑)為初始操作狀態。當車輛發動后(點火由OFF(關)到ON(開))，所 述LCA為IDLE狀態，而只有當駕駛員明確進行激活、且所有激活情形都經過證實后，所述 LCA才開始操作。在這種狀態下，轉向裝置上的接觸控制不可用。NORM(正常)為正常操作狀態。當車輛發動后(點火狀態為ON)，所述LCA打開， 且駕駛員通過啟動開關隨時可以使用。當收到駕駛員的請求后，如果所有的操作狀態都是 有效的，則車輛切換至NORM狀態。在這種狀態下，所述轉動裝置上的接觸控制可用。如果 車輛位于車道中間、遠離邊界，則不對所述轉動裝置上的接觸反應發出請求，而如果駕駛員 在變換車道時靠近了車道邊界，且鄰道上存在相關障礙物，則所述LCA對所述轉向裝置輸 出抵消扭矩，以警告駕駛員存在的危險。所述LCA利用所述LDM模塊，探測車輛相對于車道中間的軌跡改變的開始，并根據 駕駛員在開始采取變換車道手法時是否激活方向指示器而產生不同的結果，如果未激活， 則輸出聽覺或視覺信號。接著，所述LCA進行側道控制，鑒別側道是否空閑，并計算采取變 換車道手法的可能性如果不可能，則系統對轉向輪施加抵消扭矩。當所述LCA系統探測到危險情況時，就算方向指示器已經激活，所述LCA系統將仍 對所述SCM模塊的轉向促動器施加抵消扭矩，以促使駕駛員保持在其車道上行駛，避免危 險的車道變換。施加該扭矩，通過作用在轉向輪的抵消扭矩，反向抵擋了駕駛員變換車道的趨向。 該主動扭矩還提供了請求轉向動作的直觀指示，使車輛返回至理想車道的邊界內。作為一項附加功能，電子處理設備可以包括各種其他功能，例如，發出有關要超過 靜止車輛的其他車輛的信號，或者發出有關以低速——例如低于25km/h行駛的、正在進行 超車的車輛的信號，或者探測夜間從后方駛來的車輛。所述LCA系統可通過所述HMI模塊，向駕駛員提供聽覺或視覺指示。OVR為空置狀態，其中，所述LCA功能暫時不可用。當發生空置的情形之一時，所述 系統切換到OVR狀態。駕駛員可以隨時將所述LCA系統設為可用或不可用。通過所述LCA 施加轉向裝置上的扭矩值并不大，這樣，駕駛員可以隨時通過對轉向裝置施加更大的扭矩 值，從而手動使所述LCA不可用。這種情況可能發生在緊急措施中，例如為避免突然出現的 障礙物。
FAIL(故障)為對所述LCA系統中的故障或缺陷進行檢查的狀態。系統切換至 FAIL狀態并保持到故障終止為止，接著返回至IDLE狀態。在FAIL狀態，所述接觸控制不可用。以上所述功能可以通過計算機程序來實現，該程序在一個或多個電子處理裝置上 運行，該電子處理裝置為一體式或分成互相協作的不同單元。當所述計算機程序在計算機 上運行時，所述計算機程序還包括適于實現上述功能中的一個或多個步驟的代碼裝置。因 此，本發明的范圍還包括所述計算機程序和包括記錄信息的計算機可讀媒介，當這種程序 在計算機上運行時，所述計算機可讀媒介包括程序代碼裝置，用于實現上述功能中的一個 或多個步驟。顯然，在不脫離本發明范圍的前提下，本領域技術人員能夠很容易想到本發明的 其他替代例和等同實施例，并將其付諸實踐。借助以上描述，本領域技術人員便能夠實施本發明，而無需進一步的細節構建。特 別地，計算機程序可以通過現有的編程語言中任何一種應用在本發明領域的語言來實現。
權利要求
1.用于車輛的車道變換輔助系統，包括車道探測模塊(LDM)，包括能夠處理圖像、探測道路幾何形狀以及車輛相對于車道的軌 跡的系統；側邊探測模塊(LVD)，包括雷達系統，該雷達系統能夠探測鄰道上的物體，并測量其位 置和速度；車輛數據模塊(SVV)，能夠探測車輛參數的數據；接觸反應控制模塊(HFC)，能夠接受來自所述車道探測模塊(LDM)、所述側邊探測模塊 (LVD)和所述車輛數據模塊(SVV)的信號，并輸出將傳送至車輛轉向系統的抵消扭矩。
2.根據權利要求1所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述雷達系統包括一個或 多個雷達，以獲得探測鄰道上的車輛的側向視野；所述側邊探測模塊(LVD)包括用于對鄰 道上的物體進行所述探測的裝置，該探測基于對被探測物體的運動，環境中與正進行超車 的車輛具有反向的相對運動的因素，的分析，所述分析在與緊鄰車道相應的圖像的特定部 分進行，所述被分析的區域動態適應系統探測到的道路幾何形狀的變化。
3.根據權利要求2所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述一個或多個雷達位于 突出于車輛側壁的位置，優選地，每側各一個雷達，以控制左右兩邊鄰道，雷達位于車廂側 部，距離地面適當的高度，優選地在前輪上方或用作登上車輛的側梯的踏板豎板上，并朝著 車輛的后方。
4.根據權利要求3所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述一個或多個雷達包括 折疊式支撐件，當車輛的速度小于控制干預閾值，或當車輛靜止時，雷達可以手動或自動折 疊，優選地，所述雷達位于側壁上的適當隔間內。
5.根據權利要求4所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述折疊式支撐件與車輛 后視鏡采用的類型相同，且包括打開時的停止位置，優選地為卡合式。
6.根據權利要求1所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述接觸反應控制模塊 (HFC)根據扭矩圖，輸出將傳送至車輛轉向系統的所述抵消扭矩，該扭矩圖識別三種類型的 交通車道區域無干預區，其中，抵消扭矩為0直到駕駛員將車輛保持在車道中間、遠離車道邊界； 中間區，其中，抵消扭矩為關于抵消扭矩請求最大值和車道寬度的線性函數； 最大干預值區，其中，當車輛行駛在車道的該“側邊”區域，而鄰道上存在著危險車輛 時，輸出的扭矩為最大值。
7.根據權利要求6所述的車道變換輔助系統，其特征在于，所述接觸反應控制模塊 (HFC)系統還適于實現“空置”狀態下的功能，在該狀態包含的以下情形中，所述車道變換輔 助系統的干預作用將被繞過或取消駕駛員施加的扭矩超過最大抵消扭矩； 轉向角的絕對值超過一定閾值； 車道寬度小于最小值或大于最大值； 車輛超出車道。
8.根據權利要求1所述的車道變換輔助系統，進一步包括 轉向控制模塊(SCM)，能夠將所述抵消扭矩傳送至轉向輪； 人機界面模塊(HMI)。
9.用于車輛的車道變換輔助系統，適于實現根據前述任一項權利要求所述的系統的功 能，其中，所述功能的實現基于有限狀態模塊，該有限狀態模塊包括空閑(IDLE)狀態，即初始操作狀態，系統默認保持在該狀態，當明確激活后系統才離 開該狀態，并且，在該狀態下接觸反應控制不可用；正常(NORM)狀態，即正常操作狀態，在該狀態下實現前述任一項權利要求所述的功能；空置(OVR)狀態，其中，所述系統同樣根據來自外部因素的命令，實現所述空置功能； 故障(FAIL)狀態，檢查故障或缺陷的狀態，該狀態一直保持到故障終止，之后系統返 回至空閑狀態，在所述故障狀態，所述接觸控制不可用。
10.計算機程序，包括當該程序在計算機上運行時，用于實現權利要求9所述的步驟 的程序代碼裝置。
11.計算機可讀裝置，包括記錄程序，所述計算機可讀裝置包括當所述程序在計算機上 運行時，適于實現權利要求9所述步驟的程序代碼裝置。
全文摘要
本發明涉及一種車道變換輔助系統(LCA)，包括用于控制所行駛車道的鄰接車道的雷達系統，該車道變換輔助系統通過對車輛施加主動轉向扭矩或輸出適當警告信號進行干預。
文檔編號B62D15/02GK102066185SQ200980116897
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月11日 優先權日2008年5月12日
發明者毛里西奧·沃道, 馬可·艾默-布特 申請人:依維柯公司