本發(fā)明通常涉及用于提供當行駛通過當前車輛路徑的彎道時,在車輛進入彎道之前,由車輛牽引的拖車將穿出行車道的警告的系統(tǒng)和方法,且更具體地涉及用于提供當行駛通過當前車輛路徑的彎道時,在車輛進入彎道之前,由車輛牽引的拖車將穿出行車道的警告的系統(tǒng)和方法,其中,系統(tǒng)將考慮車輛和拖車的轉彎半徑、車道的寬度、車輛的軸距、拖車的長度和寬度、以及彎道的曲率。
背景技術:
現(xiàn)代車輛的操作正變得越來越自動,即車輛能夠提供需要更少駕駛員介入的驅動控制。巡航控制系統(tǒng)已經(jīng)在車輛上使用多年,其中,車輛操作員可以設置車輛的特定速度,且車輛將維持該速度而無需駕駛員操作油門。本領域最近已經(jīng)發(fā)展了自適應巡航控制系統(tǒng),其中,不僅該系統(tǒng)可維持設置的速度,而且在利用各種傳感器(例如,雷達和相機)檢測到前邊存在更慢移動的車輛的情況下將自動的減緩車輛。某些現(xiàn)代車輛還提供自動停車,其中,車輛將自動地提供用于停車的轉向控制。一些車輛系統(tǒng)提供自動的制動以防止后端碰撞。隨著車輛系統(tǒng)的改進,它們將變得更加自動,其目標為成為完全自動地驅動車輛,其中,未來車輛可采用用于車道變換、通過、遠離交通、駛入交通等的自動系統(tǒng)。
2012年5月1日授權給lee的題目為“用于自動車道居中和車道變換控制系統(tǒng)的路徑生成算法(pathgenerationalgorithmforautomatedlanecenteringandlanechangingcontrolsystem)”的美國專利號8,170,739該被轉讓給本專利的受讓人,且在本文中作為參考被引用,其公開了一種用于提供用于自動車道居中和/或車道保持目的的車輛路徑生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)檢測道路上的標識,在行車道上生成期望的車輛路徑,并提供將車輛維持在車道內的自動轉向。
盡管在'739專利中公開的用于提供用于自動車道居中和車道保持目的的路徑生成的系統(tǒng)和方法對通過轉向車輛使其保留在行車道內是有效的,但是該系統(tǒng)和方法并不能應用于當車輛繞彎道行駛時而將被牽引車輛維持在車道內,即使牽引車廂保留在車道內。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明描述了一種用于在車輛進入彎道之前提供由車輛牽引的拖車在當前車輛路徑的彎道中時將穿出行車道的警告的系統(tǒng)和方法。該方法包括:確定車輛在接近彎道,確定彎道的曲率半徑,確定行車道的車道寬度,以及識別拖車的長度。該方法還包括:確定車輛為跟隨彎道的曲率半徑所需的預測的轉向角度,利用該預測的轉向角度來確定用于行駛通過彎道的車輛的轉彎半徑,以及利用車輛的轉彎半徑來確定拖車的轉彎半徑。然后,該方法基于車道的寬度、拖車的寬度和長度、彎道的曲率以及拖車的轉彎半徑來確定該拖車是否將至少部分地穿出行車道,且因此警告車輛的駕駛員。此外,一旦車輛已經(jīng)進入彎道,則該方法基于車輛的當前的轉向角度以及車輛的期望的轉向角度(將車輛維持在行車道內)可給駕駛員提供轉彎建議。
接合附圖,通過以下描述和所附權利要求書,本發(fā)明的其它特征將變得顯而易見。
附圖說明
圖1是牽引拖車并正在接近行車道中的彎道的車輛的示意圖;
圖2是示出了行駛通過彎道的車倆和拖車的示意圖;
圖3是示出了用于警告駕駛員拖車在行駛通過彎道時可能穿出車道的過程的流程圖;
圖4是與圖3所示的流程圖類似且包括為駕駛員提供轉彎建議以使得拖車不會穿出行車道的流程圖;
圖5是牽引拖車并沿著寬轉彎半徑行駛通過彎道的車輛的示意圖;
圖6是牽引拖車并沿著窄轉彎半徑行駛通過彎道的車輛的示意圖;
圖7是用于提供自動車輛轉向的路徑預測系統(tǒng)的方框圖;
圖8是示出了用于提供用于車輛以寬轉彎半徑跟隨的路徑的過程的流程圖;以及
圖9是示出了用于提供用于車輛以窄轉彎半徑跟隨的路徑的過程的流程圖。
具體實施方式
以下本發(fā)明的涉及用于提供當行駛通過當前車輛路徑的彎道時,在車輛進入彎道之前,由車輛牽引的拖車將穿出行車道的警告的系統(tǒng)和方法的實施例的討論在本質上僅僅是示意性的,且決不以任何方式意于限制本發(fā)明或它的應用或使用。
圖1示出了通過聯(lián)結件18牽引拖車16并在道路的行車道12內行駛的車輛14的示意圖示10。拖車16僅僅示出用于表示目的,因而它可以為由車輛14牽引的任何車輛,例如船、活動房等。車輛14正在接近車道12內的彎道20,并沿車道12中心處的行駛路徑22跟隨,這造成車輛14保留在車道12之內。車輛14包括合適的傳感器24,例如相機、雷達、激光雷達等等,它們可被應用于檢測車道標記、物體、彎道20等等,與本文的討論是一致的。車輛14還包括地圖數(shù)據(jù)庫26、顯示器30、gps單元34和控制器28??刂破?8意于代表所有各種模塊、控制器、處理器、電子控制單元(ecu)等等,它們是執(zhí)行并操作本文所討論的各種算法和過程所需的。地圖數(shù)據(jù)庫26儲存可獲得的任何詳細級別的地圖信息,例如行車道的數(shù)量、行車道模式等等。行駛路徑22可在顯示器30上顯示。在示意圖示10中,當繞著彎道20沿著路徑22行駛時,車輛14和拖車16以虛線示出,以示出車輛14可以保留在行車道12內,但拖車16可能穿出車道12。
如很好地理解,車輛和拖車具有各種尺寸和長度,每個很可能具有不同的軸距l(xiāng)、拖車長度、拖車寬度、聯(lián)結件長度等等,當繞著彎道20前進時,它們限定了車輛14和拖車16的轉彎半徑。另外,車輛道路可能具有不同的寬度,且道路彎道具有不同的曲率半徑。
本發(fā)明提出在車輛14進入彎道20之前,識別車輛14通過彎道20的預測路徑,車輛14是否處于自動驅動、半自動驅動和/或機械驅動,以確定拖車16是否將穿出車道12,且倘若如此,則提供一個或多個補救動作。在一個實施例中,在車輛14達到彎道20之前,例如在其之前約5秒鐘,倘若控制器28確定車輛14的預測路徑將引起拖車16會穿出車道12,則控制器28將提供合適的警告,例如顯示器30上的圖標、觸覺座椅、觸覺方向盤、警報鈴聲等等。顯示器30將示出車輛14和拖車16的預測路徑。在另一實施例中,當行駛通過彎道20時,控制器28可能不會僅僅是警告車輛駕駛員拖車16可能穿出車道12,而且可在顯示器30上示出車輛14需要跟隨的路徑,以使得拖車16不會穿出車道12,以便提供給駕駛員所期望的轉向路徑。在另一實施例中,當車輛14被自動驅動時,該系統(tǒng)將將引起車輛14沿著校正后的車道跟隨路徑或車道保持路徑轉向,以防止拖車16穿出彎道20中的車道12。
圖2是示出了行駛通過彎道20的車倆14和拖車16的示意圖示34。在示意圖示34中,針對特定的車輛轉向角度δ以及針對車輛14特定的軸距l(xiāng),通過彎道20的車輛14的前部處的轉彎半徑rf可按如下進行計算:
一旦車輛14的轉彎半徑rf已知,則車輛14的后輪處的轉彎半徑rb、拖車16的聯(lián)結件點處轉彎半徑rl、以及拖車16的后部處的轉彎半徑rt可按如下進行計算:
其中,a1是車輛14的前輪與前保險杠之間的距離,b1是聯(lián)結件18的長度,且b2是拖車16的長度,這些將是已知的或從合適的傳感器(未示出)可以計算出。應當注意的是,拖車端點的轉彎半徑rt小于車輛14的轉彎半徑rf,且隨著拖車16的長度變得越長則轉彎半徑rt變得更小。
為了確定在彎道20中拖車16是否將穿出行車道12,需要已知彎道20的曲率半徑和拖車16的寬度。彎道20的曲率半徑可從相機、地圖數(shù)據(jù)庫26、來自gps單元32的信息獲得,或者以其它方式獲得,且轉彎半徑rf由公式(1)獲得。利用這兩個半徑值、拖車16的寬度、車道12的寬度以及公式(4),控制器28可確定在某一預定偏差(例如+/-20cm)范圍內,拖車16的部分是否將穿出彎道20內的車道12,例如,倘若車道12的寬度為3.5m,彎道20具有200m的曲率半徑,l為2.9464m,a1為1.105m,b1為0.55m,b2為14.63m且拖車寬度為2.5908m,則控制器28通過利用公式(4)可確定在拖車端部的中心處的轉彎半徑rt為199.443m,該轉彎半徑rt小于彎道20的曲率半徑。通過已知拖車16的寬度和車道12的寬度,控制器28然后可確定拖車16的端部將穿出行車道12,其中,控制器28然后可提前提供警告至車輛駕駛員。
圖3是示出了用于確定如以上所討論的當沿著當前車輛路徑行駛通過彎道20時,是否警告車輛駕駛員拖車16將穿出車道12的過程的流程圖40。在方框42處,在車輛14到達彎道20之前的某一預定時間(例如5秒鐘),算法識別處道路中的彎道,并且在某一采樣時間還識別彎道20的半徑和彎道20的車道寬度。在方框44處,算法識別拖車16的長度,并在方框46處,確定車輛轉向角度δ。在方框48處,算法以以上所討論的方式來計算拖車的轉彎半徑rt。然后,在方框50處,算法將拖車的轉彎半徑rt與彎道20的半徑進行比較,并然后在判斷方框52處,通過利用車道12的寬度和拖車16的寬度確定在預定偏差范圍內拖車16是否將穿出車道12。在判斷方框52處,倘若拖車16將不會穿出車道12,則算法不會提供警告并在方框54處繼續(xù)監(jiān)視車輛路徑,且算法在方框56處結束。在判斷方框52處,倘若拖車16將穿出車道12,則在方框58處算法確定多久之后車輛14將進入彎道20,并且,倘若車輛14在某一預定時間(例如5秒鐘)之內將進入彎道20,則在方框60處提供警告。在方框62處,在車輛14進入彎道20之前,算法還可在顯示器30上示出預測拖車路徑。
除了警告車輛駕駛員針對當前的車輛路徑,拖車16可能穿出行車道12之外,算法還可提供用于轉向的建議,例如顯示出車輛駕駛員可沿著進行轉向的車輛路徑,以防止拖車16穿出行車道12。為了實現(xiàn)該特征,算法確定期望的轉向角度δ期望,一旦車輛14已經(jīng)進入彎道20,其將拖車16維持在車道12之內,該期望的轉向角度如下:
然后,當車輛14已經(jīng)進入彎道20時,算法將期望的轉向角度δ期望與當前的轉向角度δ當前進行比較,倘若期望的轉向角度δ期望不同于當前的轉向角度δ當前且位于某一偏差范圍之外,則算法將顯示車輛轉向路徑的變化,以允許駕駛員沿著期望的路徑來轉向車輛14,以防止拖車16穿出車道12。可選地,或除此之外,車輛系統(tǒng)可提供聲音指令,以提供更多或更少的向左或向右轉向以維持期望的轉向角度δ期望。
圖4為示出了本發(fā)明的該實施例的流程圖70,其中,與流程圖40相同的方框由相同的附圖標記來識別。在流程圖70中,在算法警告駕駛員拖車16可能行駛出車道12之后,在判斷方框72處,算法將確定車輛14是否已經(jīng)進入彎道20,并且倘若沒有,則返回至方框60以繼續(xù)警告駕駛員。在判斷方框72處,倘若車輛14已經(jīng)進入彎道20,則在方框74處,算法計算期望的轉向角度δ期望以將拖車16維持在通過彎道20的行車道12內,且然后在判斷方框76處,確定期望的轉向角度δ期望與當前的轉向角度δ當前之間的差值是否位于偏差之內,其中,倘若是,則算法在方框56處結束。在判斷方框76處,倘若期望的轉向角度δ期望與當前的轉向角度δ當前之間的差值位于偏差之外,則在方框78處,算法給駕駛員提供不同的轉向角度,并且在方框62處,示出拖車路徑。
在本發(fā)明的第二方面,車輛14被自動地或半自動地驅動,其中,通過確定期望的車輛路徑以及沿著該路徑自動地轉向車輛14來控制車輛。在該實施例中,為了防止拖車16穿出沿著彎道20的車道12,算法生成校正后的車道跟隨或車道保持路徑,倘若有必要,為了使車輛14沿著通過彎道20實現(xiàn)轉向,如以上所討論,要考慮拖車的轉彎半徑rt,道路曲率ρ,即道路半徑、車道寬度、拖車長度b2、車輛軸距l(xiāng)等等。
車道跟隨或車道保持算法可提供用于導航通過彎道20的兩種不同的路徑計劃方法。在第一種轉彎方法中,算法計算車輛路徑,其提供通過彎道20的寬轉彎,其中,轉彎在彎道的開始處開始。在圖5中以示意圖示80來示出該方法,其示出了當車輛進入彎道20且在彎道20中以虛線示出的車輛14。在該方法中,車輛14在彎道20的最初端(識別為轉彎起始點84)從當前的路徑22開始向寬轉彎路徑82轉彎。由于這是通過彎道20的更寬轉彎,該轉彎將在彎道20的端部之前的點86處結束,在這里,車輛14將開始直線行駛。在該實施例中,在點84處車輛14的起始轉彎半徑為rf(在以上的實例中為200m),在點86處車輛14的結束轉彎半徑為
在以上的實例中為在彎道20的端部之前的10.55m處。
第二種轉彎方法提供了從路徑22較窄的轉彎,但是具有在彎道20中車輛14更后的轉彎起始。在圖6中以示意圖示90來示出該方法,其示出了當車輛進入彎道20且在彎道20中以虛線示出的車輛14。在該方法中,車輛14在彎道20的最初端(識別為轉彎起始點94)之后從當前的路徑22開始向窄轉彎路徑92轉彎。由于這是通過彎道20的更窄轉彎,該轉彎將在彎道20的最端部處的點96處結束,在這里,車輛14將開始直線行駛。在該實施例中,在點94處車輛14的起始轉彎半徑為
在以上的實施例中為在彎道20的最初端之后的10.55m處。
圖7是系統(tǒng)100的示意性方框圖,其提供了當變換車道時用于直線道路上或彎道道路上的車輛的自動路徑控制,以及在自動或半自動車輛系統(tǒng)中居中的車道。以下的討論為在自動驅動的或半自動驅動的車輛中提供期望的路徑的總體討論,如在'739專利更具體地討論。系統(tǒng)100包括期望的路徑生成處理器102,其生成用于車輛14的期望的轉向路徑。為了任何目的,例如車道變換、彎道導航、物體避讓等,期望的轉向路徑被代表為在一時間段內(將發(fā)生轉向變化)一系列的橫向偏移、方位角和縱向距離。
系統(tǒng)100利用測得的道路參數(shù),例如相對于在路徑生成系統(tǒng)102處的車輛的居中坐標系統(tǒng)的車輛橫向偏移yr,道路曲率ρ和車輛偏航角
yr(x)=ax2+bx+c,0<x<x范圍(8)
其中,x范圍代表車輛14上的向前視覺相機的范圍。
從道路與道路表示公式(8)之間的幾何關系,公式(8)的系數(shù)與測得的道路參數(shù)yr、ρ和
c=y(tǒng)r(0)。(11)
通過利用道路橫向偏移yr、方位角
五階多項式路徑生成捕獲路徑的開始處和結束處的道路參數(shù)yr、ρ和
該包括狀態(tài)變量xd、橫向位置yd和方位角
zr=crxr,(14)
且:
gr=[0vx00]t,(18)
其中,cf和cr分別是車輛14的前輪和后輪的相關剛度,a和b分別是從車輛14的重力中心到前軸和后軸的距離,m為車輛質量,δ為裝箱角度,且iz為繞著車輛14的質心的垂直于車輛14所定位的平面的轉動慣量。
來自比較器104的誤差信號被發(fā)送至車道變換控制器108,其提供用于路徑轉向的轉向角度命令信號δcmd,其使得誤差信號最小化。車道變換控制器108生成一些列未來的轉向角度命令δcmd,其使得期望的車輛路徑與預測的車輛路徑之間的定向和偏移誤差最小化??刂破?08中的橫向移動控制算法將預測的車輛路徑與車輛期望的路徑(xd,yd)相比較,并通過最小化路徑差異來計算轉向角度命令信號δcmd,其中,通過以下公式獲得轉向角度命令信號δcmd:
且其中,
轉向角度命令信號δcmd被發(fā)送至轉向系統(tǒng)110,其提供用于車輛系統(tǒng)112的轉向控制。轉向系統(tǒng)110接收轉向角度命令信號δcmd,并提供轉向扭矩命令信號τcmd以到達如所命令的期望的轉向角度δ期望。
隨著車輛14轉彎,車輛14上的各種傳感器,例如轉向角度傳感器、速度計和偏航率傳感器,提供測得的車輛14的運動的信號。從車輛系統(tǒng)112將這些測得的車輛運動信號發(fā)送至期望的路徑生成處理器102。慣性傳感器,例如速度計、速率陀螺儀和轉向角度傳感器,可以被用于測量車輛的狀態(tài),例如,縱向速度vx、縱向加速度ax、橫向加速度ay、偏航率r和轉向角度δ。橫向速度vy被評估為:
其中,r為測得的車輛偏航率,
車輛運動信息還被提供至車輛狀態(tài)評估處理器114,其提供評估后的車輛狀態(tài)信號,即橫向偏移y、偏航角y、車輛橫向速度vy和車輛偏航率r。車輛狀態(tài)評估處理器114利用車輛模型來過濾評估后的車輛狀態(tài)信號。該狀態(tài)信號被發(fā)送至路徑預測處理器106,其基于如以上所討論的信息及時地來預測接下來一些情況下的車輛路徑。路徑預測處理器106基于當前的車輛速度vx、偏航率r和轉向角度δ來評估車輛未來的路徑。
來自車輛系統(tǒng)112的相機信號和過濾后的傳感器信號還被提供至車道標記檢測處理器116,其基于車輛14的運動來校正車道標記的參數(shù)。車道標記檢測處理器116識別道路內的車道標記,并利用車道曲率、切角和橫向偏移參數(shù)來代表它們(車道標記),其中,車道標記檢測處理器116的輸出為偏航角
當彎道20被檢測到時,本發(fā)明提出校正期望的轉向路徑,以防止當拖車16繞著彎道20行駛時穿出車道12。更具體地,在路徑校正處理器118中路徑控制算法利用新的道路曲率ρ新和新的道路曲率變化率δρ新來修正道路曲率ρ和道路曲率變化率δρ,其然后被道路評估處理器120使用。倘若未檢測到彎道時,則道路曲率ρ和道路曲率變化率δρ將不變化地通過處理器118。具體地,針對寬轉彎路徑方法,處理器118計算新的道路曲率ρ新和新的道路曲率變化率δρ新,如:
以及,針對窄轉彎方法,處理器118計算新的道路曲率ρ新和新的道路曲率變化率δρ新,如:
其中,d為用于調節(jié)駕駛員莽撞性的轉彎參數(shù)。
當車道居中或車道保持算法識別出彎道20,算法使用起始點、結束點以及道路曲率變化率δρ新并結合路徑生成處理器102中的路徑生成操作(用于寬轉彎方法或窄轉彎方法),其中,算法將利用寬轉彎方法或窄轉彎方法的一個或另一個被在先地編程。針對這兩種方法,五階多項式公式(12)利用不同的初始和邊界條件來求解,將多項式進行首次歸一化軌跡如下:
其中,l為車道寬度,以及δt為車輛14行駛通過車道12所需的時間。
針對寬轉彎方法,初始點84的初始條件被給出為:
yn(0)=0,(29)
yn′(0)=0,(30)
以及結束點86的邊界條件被給出為:
其中:
y車道=c3x3+c2x2+c1x+c0,(35)
且其中,c0、c1、c2和c3為來自前相機的測得值。
針對窄轉彎方法,不同的初始和邊界條件被用于求解多項式公式(26),其中,初始點94的初始條件被給出為:
yn(0)=0,(36)
yn′(0)=0,(37)
以及結束點96的邊界條件被給出為:
圖8為示出了用于計算如以上所討論的當車輛14進入彎道20時寬轉彎方法的路徑82的過程的流程圖130。在方框132處,算法獲取道路曲率ρ、車道寬度、和來自車輛14上的地圖數(shù)據(jù)庫26和前視相機的必要測量值。在方框134處,算法獲取拖車16的長度,并在方框136處獲取車輛轉向角度δ。然后,在方框138處,算法計算拖車的轉彎半徑rt,并在判斷方框140處基于車輛14的當前路徑來確定拖車16是否將穿出彎道20中的車道12。在判斷方框140處,倘若在轉彎通過彎道20的過程中拖車16不會穿出車道12,則在方框142處,算法將引起車輛14繼續(xù)沿著它的當前路徑行駛,且在方框144處,算法將結束。在判斷方框140處,倘若針對當前的車輛路徑拖車16將穿出車道12,則在方框146處,算法計算出車輛14的起始轉彎半徑rf,在方框148處計算出車輛14的結束轉彎半徑
圖9為示出了用于計算如以上所討論的當車輛14進入彎道20時窄轉彎方法的路徑92的過程的流程圖160,其與流程圖130中的步驟相同,但除了以下步驟之外:在方框162處算法利用公式(7)計算轉彎起始點,而非在方框150處計算轉彎結束點。另外,在方框146處,起始轉彎半徑為
正如本領域技術人員將容易理解的是,本文所討論的用于說明本發(fā)明的一些和各種步驟和過程可指代由計算機、處理器或其它電子計算裝置(利用電現(xiàn)象來操縱和/或變換數(shù)據(jù))執(zhí)行的操作。那些計算機和電子裝置可采用各種易失性和/或非易失性存儲器,其包括非瞬時性計算機可讀介質且在其上儲存有可執(zhí)行程序,該可執(zhí)行程序包括各種能夠由計算機或處理器執(zhí)行的代碼或可執(zhí)行指令,其中,存儲器和/或計算機可讀介質可包括所有形式和類型的存儲器以及其它計算機可讀介質。
以上討論公開并說明了本發(fā)明的僅僅是示意性的實施例。從這種討論以及從附圖和權利要求,本領域技術人員將容易地認識到,在不脫離如由以下權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下,可作出各種改變、改進和變型。