技术领域
[0001] 本
发明涉及一种属于
汽车安全驾驶领域的方法，更确切的说，本发明涉及一种适用于车辆的横纵向车道中心保持方法及车道中心保持系统。
背景技术
[0002] 在高速或类似的公路环境中，过度疲劳或者长时间行驶在单调情景状况下，驾驶员容易注意
力不集中，造成车辆无意识偏离车道的情况，使车辆行驶存在安全隐患，车道保持辅助系统应运而生，车道保持辅助系统功能是辅助驾驶员保持车辆沿车道行驶，使车辆正常、安全行驶在道路上。车道保持辅助系统分为两种：车道保持辅助系统(LKA)和车道中心保持系统(LCKA)。目前汽车大多数采用的是车道保持辅助系统，车道中心保持系统是在车道保持辅助系统的
基础上发展起来的。车道中心保持系统的控制目标为使车辆保持在车道中心线上行驶，其基本原理为通过预测车道中心线轨迹，确定车辆行驶的目标轨迹，以及将自车当前运动信息分析拟合出自车轨迹，将拟合的自车轨迹与目标轨迹进行处理，得到所需要的纠偏横向距离，给
方向盘施加
扭矩或转
角使车辆回到车道中心线，达到车辆质心沿车道中心线行驶的目的。
[0003] 现有实车及论文中，车道保持辅助系统仅涉及车辆横向控制操作而没有车辆纵向控制操作，只有在换道操作的情况下才引入车辆纵向控制概念，从而确保车辆行驶的安全性。目前个别企业在车道中心保持技术中涉及车辆纵向控制，但对纵向控制程度仅局限在摄像头识别道路限速标志车速，以识别到的限速标志车速作为上限进行车道保持速度控制来保证车辆行驶的安全性。其余安全性条件没有予以考虑，默认为任何情况下，按限速标志车速进行车道保持辅助控制，能够保证车辆安全平稳地行驶在路面上。
[0004] 发明
专利CN 105711588A涉及车道保持辅助系统的纵向控制，该专利通过助力转向系统以及
电子稳定程序协同控制实车，进行车辆横向回正控制，通过ESP控制实现控制车辆纵向安全距离，并在适当时候进行报警提示。其考虑的是车辆行驶过程中纵向与前车保持安全距离，当前方没有目标车辆时安全距离便失去意义，这并不能保证车辆行驶过程没有安全隐患，自身的驾驶特性也可以产生安全隐患。
[0005] 本发明提出一种横纵向车道中心保持方法和车道中心保持系统，系统通过两侧车道线的变化实时拟合出车道中心轨迹线，使车辆沿车道中心轨迹线行驶，当车辆偏离车道中心轨迹线时，通过施加方向盘扭矩操纵转向系统使车辆回到车道中心轨迹线。在纠偏过程中若转向系统操作范围在安全行驶范围内时，车辆将安全、舒适转向；若遇到的道路有急转弯、速度过高或路面有积
水等情况时，车辆会存在安全隐患，此时若转向系统操纵范围在安全行驶范围外，车辆可能会有超出附着特性的危险情况发生，此类情况下不能够保证车辆安全行驶，这时需要先将车辆横纵向速度降为安全车速，再进行过多的需求转向，从而使车辆能够安全平稳纠偏行驶。保证车辆安全行驶的前提下继续沿车道中心行驶。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服了
现有技术存在的车道中心保持系统纵向控制不足导致的车辆行驶安全问题，本发明提供了一种横纵向车道中心保持方法及其保持系统。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种横纵向车道中心保持系统包括环境检测系统、车辆状态检测系统、HMI系统、车道中心保持控制系统、车道中心保持执行系统、速度控制系统与预警系统；
[0008] 所述的环境检测系统、车辆状态检测系统与HMI系统属于识别层系统，识别层系统采用布置在
机舱内、
驾驶室内、
车身地板下的整车电气
线束与车道中心保持控制系统相连接；车道中心保持执行系统、速度控制系统与预警系统属于执行层系统，执行层系统采用布置在机舱内、驾驶室内、车身地板下的整车电气线束与车道中心保持控制系统相连接。
[0009] 技术方案中所述的环境检测系统由CCD摄像机组成；CCD摄像机布置在车内前挡
风玻璃的上方，摄像机通过隐藏在内饰板后的线束与车道中心保持控制系统中的
微处理器连接。
[0010] 技术方案中所述的车辆状态检测系统包括4个结构相同的速度
传感器、
加速度传感器、横摆
角速度传感器、方向盘扭矩传感器与方向盘转角传感器；所述的4个结构相同的速度传感器布置在4个结构相同的
车轮总成的
轴头非旋转部分上，速度传感器通过固定在减震器滑柱或
转向节上的钣金
支架上的
轮速传感器线束与车道中心保持控制系统中的微处理器连接；所述的加速度传感器与
横摆角速度传感器集成布置在车身左前地板下，通过布置在地板下的车身线束与车道中心保持控制系统中的微处理器连接；所述的方向盘扭矩传感器与方向盘转角传感器集成后布置于转向器中间轴下端，方向盘扭矩传感器与方向盘转角传感器通过布置在仪表板下
挡板处的车身线束与微处理器连接。
[0011] 技术方案中所述的HMI系统包括仪
表盘、
转向灯信号器与车道保持按钮
开关信号器；所述的仪表盘布置于驾驶室内正对驾驶人座位处，转向灯信号器与车道保持按钮开关信号器均嵌套布置在仪表盘上，转向灯信号器与车道保持按钮开关信号器通过布置在仪表盘下方的车身线束和车道中心保持控制系统中的数据
存储器连接；所述的车道中心保持控制系统包括微处理器与数据存储器；所述的微处理器与数据存储器嵌套在ECU电控单元内；所述的ECU电控单元布置于副驾驶室前的换气扇前方，微处理器与数据存储器通过布置在机舱
防火墙上的线束连接。
[0012] 技术方案中所述的车道中心保持执行系统包括电动助力转向系统与转向系统；所述的转向系统与汽车转向前桥相连接，电动助力转向系统安装在转向系统上，电动助力转向系统与转向系统均通过线束和车道中心保持控制系统中的微处理器相连接。
[0013] 技术方案中所述的速度控制系统包括加速系统与
制动系统；所述的加速系统由加速
踏板、踏板位移传感器、
发动机总成连接组成，制动系统由制动踏板、制动油管、
制动主缸与制动分
泵组成，加速系统与制动系统均通过线束和车道中心保持控制系统中的微处理器相连接。所述的预警系统包括方向盘震动执行器、报警声音执行器与安全带收紧执行器；所述的方向盘震动执行器布置于转向器中间轴下端，报警声音执行器布置在驾驶员座椅靠背左侧车身内饰板后近驾驶员
耳朵处，安全带收紧执行器布置于安全带卷收器内。
[0014] 所述的一种横纵向车道中心保持方法的步骤如下：
[0015] 1)对一种横纵向车道中心保持系统激活条件判断：
[0016] (1)判断是否激活系统
[0017] 一种横纵向车道中心保持系统优选的适用车速范围为60km/h～120km/h，当车速低于60km/h时，一种横纵向车道中心保持系统未激活；当车速高于120km/h时，一种横纵向车道中心保持系统自动关闭，并通过报警提醒驾驶员一种横纵向车道中心保持系统已关闭；
[0018] (2)开启车道中心保持控制系统的判定条件
[0019] 当车速介于60km/h～120km/h之间时，按下车道中心保持按钮开关，激活所述的一种横纵向车道中心保持系统，否则车辆报警提示系统未开启；
[0020] 2)车辆及道路信息检测；
[0021] 3)判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制；
[0022] 4)车辆纵向安全控制。
[0023] 技术方案中所述的车辆及道路信息检测是指：
[0024] (1)计算车道中心轨迹线方程
[0025] 通过环境检测系统中的CCD摄像机识别的航向角、横向偏移量、道路
曲率、当前车速下道路曲率变化率信息根据泰勒展开式计算可得车道中心轨迹线，并根据车辆情况对车道中心轨迹线进行参数修正，得到精确车道中心轨迹线作为车辆的目标轨迹曲线，精确车道中心轨迹线方程为：
[0026]
[0027] 式中：dylane为目标轨迹曲线；y为车辆距车道中心线横向偏移量；ε为车辆航向角；dx为纵向行驶距离；C0为道路曲率；C1为当前车速下道路曲率变化率；K为车道修正系数；
[0028] (2)计算车辆行驶轨迹线方程
[0029] 通过车辆状态检测系统中的速度传感器、加速度传感器检测的车辆速度、侧向加速度信息计算车辆行驶轨迹线，先拟定车辆做圆周运动行驶在道路上，通过车辆行驶状态，可以实时将车辆运动看作无数个小段圆周运动
叠加而成；将直线行驶看作行驶半径无限大；环岛行驶工况看作行驶轨迹为定半径的圆周运动。从而预估实时车辆行驶轨迹线。行驶轨迹线半径为：
[0030]
[0031] 其中：R为车辆行驶轨迹半径；v为当前行驶车速；aLateral为车辆侧向加速度。
[0032] (3)车道中心保持执行操作条件
[0033] 将车道划分为车辆行驶不同安全级别区域，其中φ表示车辆质心到车道中心轨迹线横向偏离距离；
[0034] φ1l表示车道中心轨迹线左侧
阈值，为左侧弱控制范围；φ1r表示车道中心轨迹线右侧阈值，为右侧弱控制范围；φ2l表示车辆偏离左侧车道轨迹线左侧偏离阈值，为强控制范围；φ2r表示车辆偏离车道轨迹线右侧偏离阈值，为右侧强控制范围；ε为车辆行驶航向角；
[0035] 将道路范围划分为三种情况进行讨论：
[0036] 1)φ≤φ1l或φ≤φ1r；
[0037] 2)φ1l≤φ≤φ2l或φ1r≤φ≤φ2r；
[0038] 3)φ≥φ2l或φ≥φ2r；
[0039] (4)计算需求转角
[0040] 将车辆行驶轨迹线与车道中心轨迹线放到同一参考系，求出车辆行驶轨迹线与车道中心轨迹线的夹角，拟定车辆行驶轨迹线上当前所在
位置点的坐标为(dy′2，dx′2)，当前车辆在x轴数值相同的位置下，车道中心轨迹线上点的坐标为(dy2，dx2)从而可以确定需求转角：
[0041]
[0042] 其中：Δ为需求转角；dx2为单位时间车辆行驶轨迹纵向预估距离；dy2为单位时间车辆行驶轨迹横向预估距离；dx2为单位时间车道中心轨迹纵向预估距离；dy2为单位时间车道中心轨迹横向预估距离。
[0043] 技术方案中所述的判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制是指：根据车辆及道路信息检测步骤的检测结果，可得到车辆与道路的位置关系；检测车辆偏离目标轨迹情况，根据不同情况进行如下操作：
[0044] (1)车辆在车道中心轨迹线阈值内行驶
[0045] 检测车辆是否在车道中心轨迹线阈值内行驶，若在车道中心轨迹线阈值内行驶，即φ1l≥φ或φ1r≥φ，则执行车道中心保持弱横向控制操作，将所求小角度的需求转角Δ，转换为方向盘扭矩等效替代，从而通过电动助力转向系统、转向系统实现转向要求，达到弱控制下的车道中心保持效果，并进行闭环控制，使车辆保持在车道中心轨迹线阈值内行驶，当车辆在车道中心轨迹线阈值外行驶，执行下面的车辆行驶是否超过车道中心轨迹线报警线步骤；
[0046] (2)车辆行驶是否超过车道中心轨迹线报警线
[0047] 在φ1l＜φ或φ1r＜φ的前提下，继续判断是否满足：φ1l＜φ≤φ2l或φ1r＜φ≤φ2r，若满足则说明车辆偏离车道属于可控制范围，执行车道中心保持强横向控制操作；将所求大角度的需求转角Δ，转换为方向盘扭矩等效替代，从而通过电动助力转向系统、转向系统实现转向要求，达到强控制下的车道中心保持效果，使车辆向车道中心轨迹线方向转向，并进行闭环控制，直到φ1l≥φ或φ1r≥φ成立，则返
回执行上面的车辆在车道中心轨迹线阈值内行驶步骤。
[0048] 技术方案中所述的车辆纵向安全控制是指：
[0049] (1)判断车辆是否能够安全转向行驶
[0050] 当偏离距离超过左侧偏离阈值φ2l或右侧偏离阈值φ2r情况，即φ2l＜φ或φ2r＜φ，则认为车辆行驶出现异常，即根据车道中心保持控制系统基于环境检测系统中的CCD摄像机的道路情况信息、车辆状态检测系统中的加速度传感器检测当前横向加速度aLateral值得到侧偏力，结合附着椭圆定律，确定最大驱动力的
门限值FT，使驱动力门限值FT作为驱动力边界条件，并根据汽车行驶方程：
[0051]
[0052] 式中：G为车辆重量；f为
滚动摩擦系数；α为道路坡度；CD为
空气阻力系数；A为车辆迎风面积；u为车辆速度；m为车辆
质量；δ为旋转质量换算系数；t为时间；
[0053] 可得车辆安全行驶的目标车速门限值，即u的最大值为umax，通过车辆状态检测系统中速度传感器监测当前速度能否保证车辆以需求转角转向行驶的安全性要求；
[0054] (2)纵向行驶速度在安全范围内
[0055] 若速度门限值umax能够达到车辆以需求转角转向行驶的安全性要求，则继续让电动助力转向系统、转向系统执行车道中心保持操作，输出需求转向力，使车辆按需求
转向角度γ行驶，继续行驶到车道中心轨迹线右侧设定范围φ2r内或车道中心轨迹线左侧设定范围φ2l内，同时触发预警系统做出震动方向盘、发出报警蜂鸣声、安全带收紧操作的反应，从而提示驾驶员进行车辆操作；此过程为闭环控制，CCD摄像机实时监测车辆以需求转角转向后是否达到偏离车道中心轨迹线强控制范围，若超过车道中心轨迹线强控制范围，则继续执行当前操作；若修正后车辆质心在车道中心轨迹线强控制范围以内则执行车道中心保持控制，返回执行步骤3判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制、步骤4车辆纵向安全控制；
[0056] (3)纵向速度在安全行驶范围外
[0057] 1)调节加速系统使车辆减速
[0058] 为将横纵向速度控制在安全范围，车辆先调节加速系统，据驾驶员意图，驾驶员轻抬加速踏板，布置在踏板上的踏板位移传感器通过线束传递信号到相关
控制器，控制发动机总成内相关部件减少油气配比，降低发动机做功；减小节气门开度，通过行驶阻力使车辆达到减速效果；
[0059] 2)调节制动系统使车辆减速
[0060] 若减速度不能满足需求减速度则开启制动系统，当驾驶员踩下制动踏板后，与制动踏板相连的制动主缸将
制动液通过制动油管输出到分别布置在四个车轮处的制动分泵，制动分泵因为结构本身的特性，利用液压力，可阻碍车轮转动，实现车辆制动，使横向速度、纵向速度均达到需求值；
[0061] 3)闭环控制监测需求转角是否大于最大安全转角
[0062] 通过闭环控制，速度传感器继续监测当前速度，观测当前道路条件下车辆速度是否满足安全行驶状态，直到横纵向速度均降为安全车速，继续执行车道保持操作，使车辆按需求转向角度行驶，继续行驶到车道中心轨迹线右侧强控制范围φ2r或车道中心轨迹线左侧强控制范围φ2l内；
[0063] 4)触发预警系统
[0064] 执行车辆纵向安全控制步骤的同时触发预警系统做出反应，提示驾驶员进行车辆操作。
[0065] 与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0066] 对驾驶环境进行全面检测，本发明可以提高车辆行驶安全性，并且在保证驾驶安全性的前提下，显著改善乘坐舒适性：
[0067] 1.本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法及其保持系统当发生道路急转弯、速度过高或路面积水情况时，可以提高车辆行驶安全性，防止车辆在高速行驶时为了沿车道行驶，致使转弯幅度过大，发生危险；
[0068] 2.本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法及其保持系统在车辆纠偏过程中，未一次性将车辆纠正至车道中间位置，而是循序渐进按界限条件作为纠正行驶轨迹目标，从而显著改善乘坐舒适性，使车辆在转弯情况下，能够平稳进行转向；
[0069] 3.本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法及其保持系统中所述的保持系统能够满足实现技术方案中所述操作，具有可行性。
附图说明
[0070] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0071] 图1为本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统的布置情况示意图；
[0072] 图2为本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统结构组成的示意
框图；
[0073] 图3为本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法的流程框图；
[0074] 图4为本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法的车道偏离阈值示意图；
[0075] 图5为本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法的车辆行驶轨迹线转向车道中心轨迹线示意图；
[0076] 图6为本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法的安全转向条件判定流程框图；
[0077] 图中：100.环境检测系统，200.车辆状态检测系统，300.HMI系统，400.车道中心保持控制系统，500.车道中心保持执行系统，600.速度控制系统，700.预警系统，01.CCD摄像机，02.速度传感器，03.加速度传感器，04.横摆角速度传感器，05.方向盘扭矩传感器，06.方向盘转角传感器，07.仪表盘，08.转向灯信号器，09.车道保持按钮开关信号器，10.微处理器，11.数据存储器，12.电动助力转向系统，13.转向系统，14.加速系统，15.制动系统，16.方向盘震动执行器，17.报警声音执行器，18.安全带收紧执行器。
具体实施方式
[0078] 下面结合附图对本发明作详细的描述：
[0079] 参阅图2，本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统包括环境检测系统100、车辆状态检测系统200、HMI系统300、车道中心保持控制系统400、车道中心保持执行系统500、速度控制系统600与预警系统700。
[0080] 所述的环境检测系统100、车辆状态检测系统200、HMI系统300属于识别层系统，识别层系统与控制层的车道中心保持控制系统400通过布置在机舱内、驾驶室内、车身地板下的整车电气线束连接，识别层系统将识别到的信息以CAN信号的形式传递给车道中心保持控制系统400。环境检测系统100、车辆状态检测系统200、HMI系统300作为识别层可以采集出当前驾驶数据，识别层将采集到的数据传递给控制层的车道中心保持控制系统400。控制层的车道中心保持控制系统400和执行层的车道中心保持执行系统500、速度控制系统600与预警系统700通过布置在机舱内、驾驶室内、车身地板下的整车电气线束连接，车道中心保持控制系统400将
控制信号输出到执行层，将信号转变为执行命令，使执行层根据车道中心保持控制系统400的控制结果执行操作，达到车道中心保持主动控制的加速、减速、转向和预警的目的。
[0081] 所述的环境检测系统100由CCD摄像机01组成。
[0082] 所述的摄像机01布置于车内前
挡风玻璃的上方，所述的摄像机01通过隐藏在内饰板后的线束与车道中心保持控制系统400中的微处理器10连接；CCD摄像机001的作用为检测车道线曲率、当前车速下车道线曲率变化率、车道线宽度、车辆中心距离两侧车道线距离、车辆航向角与车轮
侧偏角；
[0083] 所述的车辆状态检测系统200包括4个结构相同的速度传感器02、加速度传感器03、横摆角速度传感器04、方向盘扭矩传感器05与方向盘转角传感器06。
[0084] 所述的4个结构相同的速度传感器02布置于4个结构相同的车轮总成的轴头非旋转部分上，速度传感器02通过固定在减震器滑柱或转向节上的钣金支架上的轮速传感器线束与微处理器10连接，构成车辆状态检测系统200的一部分；速度传感器02用于实时监测横向速度、纵向速度；
[0085] 所述的加速度传感器03与横摆角速度传感器04集成布置在车身左前地板下，通过布置在地板下的车身线束与微处理器10连接，构成车辆状态检测系统200的一部分；加速度传感器03用于实时检测车辆横向加速度、纵向加速度；横摆角速度传感器04用于实时监测横摆角速度；
[0086] 所述的方向盘扭矩传感器05与方向盘转角传感器06集成后布置于转向器中间轴下端，通过布置在仪表板下挡板处的车身线束与微处理器10连接，构成车辆状态检测系统200的一部分；方向盘扭矩传感器05用于实时监测方向盘扭矩；方向盘转角传感器06用于实时监测方向盘转角；
[0087] 所述的HMI系统300包括仪表盘07、转向灯信号器08与车道保持按钮开关信号器09；
[0088] 所述的仪表盘07布置于驾驶室内正对驾驶人座位处，转向灯信号器08与车道保持按钮开关信号器09均嵌套布置在仪表盘07上，使驾驶人能够清晰看到当前是否开启转向灯或车道中心保持功能，通过布置在仪表盘07下方的车身线束与中的数据存储器11连接的仪表盘07、转向灯信号器08与车道保持按钮开关信号器09构成车辆状态检测系统200。
[0089] 所述的车道中心保持控制系统400包括微处理器10与数据存储器11；
[0090] 所述的微处理器10与数据存储器11嵌套在ECU电控单元内。
[0091] 所述的ECU电控单元布置于副驾驶室前的换气扇前方，微处理器10与数据存储器11通过布置在机舱防火墙上的线束连接构成车道中心保持控制系统400。
[0092] 所述的车道中心保持执行系统500包括电动助力转向系统12与转向系统13。
[0093] 所述的转向系统13为改变汽车行驶方向的机构，电动助力转向系统12安装在转向系统13上，转向系统13与汽车转向前桥相连接，电动助力转向系统12与转向系统13均通过线束和微处理器10相连接，根据车道中心保持控制系统400做出的反应实现横向控制的目的；保证汽车能按驾驶人意志进行转向行驶。电动助力转向系统12与转向系统13根据车道中心保持控制系统400决策的结果，对转向扭矩进行控制，从而达到纠偏控制作用；若当前转角小于需求转角，但以需求转角为转向条件时，当前车速不满足安全性要求，此时车道中心保持系统400控制制动系统15进行减速，使车辆能够安全行驶。方向盘震动执行器16、报警声音执行器17与安全带收紧执行器18用于在车辆偏离车道阈值的情况下提醒驾驶员进行主动纠偏处理。
[0094] 所述的速度控制系统600包括加速系统14与制动系统15。
[0095] 所述的加速系统14由加速踏板、踏板位移传感器、发动机总成连接组成，驾驶人踩下加速踏板使发动机做功，将动力输出带动车轮转动，实现加速。制动系统15由制动踏板、制动主缸、制动油管、制动分泵等部件组成，根据驾驶人需求，以需求力踏下制动踏板，达到减速目的。加速系统14与制动系统15均通过线束和微处理器10相连接，根据车道中心保持控制系统400做出的反应实现纵向速度控制的目的。
[0096] 所述的预警系统700包括方向盘震动执行器16、报警声音执行器17与安全带收紧执行器18。
[0097] 所述的方向盘震动执行器16布置于转向器中间轴下端，报警声音执行器17布置于驾驶员座椅靠背左侧车身内饰板后近驾驶员耳朵处，安全带收紧执行器18布置于安全带卷收器内，以达到提醒驾驶员车辆偏离车道的作用。
[0098] 所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400通过环境检测系统100
输入信号可以预估出一段距离下的两侧车道线轨迹线，将两侧车道线轨迹点横向距离加权平均可得车道中心轨迹线，通过实时修正参数得到相对准确的车道中心轨迹线信息。车道中心保持控制系统400结合车辆相对车道中心轨迹线的位置，判断车辆当前是否在车道中心轨迹线上行驶，从而判断如何执行后续操作。
[0099] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400基于车辆状态检测系统200提供的车辆速度、加速度、横摆角速度、方向盘扭矩、方向盘转角信息，根据环境检测系统100与车辆状态检测系统200提供的当前路面的附着信息、路面信息，判断车辆在当前速度下以需求转角转向行驶是否在安全转向条件内，是否满足附着性要求；当车辆横向偏离车道纠偏操作处于安全状态时，车道中心保持控制系统400触发车道中心保持执行系统500执行纠偏控制操作；当车辆横向偏离车道纠偏操作使得车辆在接下来转向情况不满足附着条件时，同时触发对车道中心保持控制系统400、车道中心保持执行系统500、速度控制系统600、预警系统700的控制。
[0100] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400基于HMI系统300提供的信息判定驾驶员偏离车道中心行驶是人为失误还是驾驶人想要变更车道，当开启主动式车道保持功能后，若开启转向灯则视为驾驶人的图为变更车道，则不执行车道中心保持辅助操作；若未开启转向灯，则视为驾驶人的意图为使车辆沿车道中心轨迹线行驶，执行车道中心保持操作。本发明以未开启转向灯、开启主动式车道中心保持系统、驾驶员意欲继续沿当前车道行驶为前提条件。
[0101] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400通过车道中心保持执行系统500执行横向控制操作。判断车辆是否按车道中心轨迹线行驶，若车辆在车道中心轨迹线阈值内行驶则按当前操作保持弱横向控制行驶；若超出车道中心轨迹线阈值，则判断车辆质心到车道中心轨迹线的侧向偏移量是否达到偏离阈值，若未达到偏离阈值，则车辆执行车道中心保持横向强控制操作，修正方向盘扭矩使车辆回到车道中心轨迹线阈值内并沿车道中心轨迹线行驶；若车辆质心到车道中心轨迹线的侧向偏移量超过偏离阈值，则触发预警系统700发出车道偏离警告、触发车道中心保持执行系统500，修正方向盘扭矩使车辆向车道中心轨迹线靠拢，同时将信号发送到车道中心保持控制系统400进行闭环控制，同时车道中心保持控制系统400根据环境检测系统100、车辆状态检测系统200的信号输入判断当前车速是否满足安全转向条件，若满足安全转向条件则执行车道中心保持执行系统500的操作；若不满足安全转向条件则以当前转角继续行驶并进行减速，以保证车辆按需求转角进行转向时速度小于等于临界安全车速。
[0102] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400通过速度控制系统600对当前行驶状态进行调整，根据驾驶员调整情况做出协助驾驶员操作控制，助力驾驶员使速度降到安全转向临界车速。同时执行车道中心保持执行系统500需求转角的转向控制。
[0103] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持系统中的车道中心保持控制系统400通过预警系统700做出的反应为：方向盘震动执行器16进行方向盘震动、报警声音执行器17发出报警蜂鸣声、安全带收紧执行器18执行安全带收紧操作，从而提示驾驶员对车辆进行控制操作。
[0104] 参阅图3，通过对环境检测系统100、车辆状态检测系统200、HMI系统300分别进行道路环境检测、车辆状态检测、驾驶员开启功能检测，并由车道中心保持控制系统400对检测的数据进行分析处理，从而准确检测车辆所处的状态，并据此判定车辆是否出现车道偏离以及是否要进行车道中心保持控制操作，当判定需要进行车道中心保持操作时，车道中心保持执行系统500进行车道中心保持控
制模式，否则继续检测。
[0105] 本发明所述的一种横纵向车道中心保持方法的步骤如下：
[0106] 1.对一种横纵向车道中心保持系统激活条件判断
[0107] 车辆启动后首先对车速进行判断，以确定当前条件是否启动激活一种横纵向车道中心保持系统；
[0108] (1)判断是否激活系统
[0109] 本发明所述一种横纵向车道中心保持系统优选的适用车速范围为60km/h～120km/h，当车速低于60km/h时，一种横纵向车道中心保持系统未激活；当车速高于120km/h时，一种横纵向车道中心保持系统自动关闭，并通过报警提醒驾驶员一种横纵向车道中心保持系统已关闭；
[0110] (2)开启车道中心保持控制系统的判定条件
[0111] 当车速介于60km/h～120km/h之间时，按下车道中心保持按钮开关，激活所述的一种横纵向车道中心保持系统，否则车辆报警提示系统未开启；若横纵向车道中心保持系统开启，则在执行步骤1即对一种横纵向主动式车道中心保持系统激活条件判断的同时执行步骤2即车辆及道路信息检测，并为步骤3即检测车辆偏离目标轨迹情况步骤、步骤4即计算车道中心保持的需求转角步骤做前期准备；
[0112] 2.车辆及道路信息检测
[0113] 环境检测系统100、车辆状态检测系统200采集道路信息、车辆信息，这一过程与步骤1即对一种横纵向车道中心保持系统激活条件判断步骤同时进行；车道中心保持控制系统400基于环境检测系统100、车辆状态检测系统200提供的信息进行对车道中心轨迹线与车辆行驶轨迹线的预测，作为车道中心保持的前期准备功能；
[0114] (1)计算车道中心轨迹线方程
[0115] 通过环境检测系统100中的CCD摄像机01识别的航向角、横向偏移量、道路曲率、当前车速下道路曲率变化率信息根据泰勒展开式计算可得车道中心轨迹线，并根据车辆情况对车道中心轨迹线进行参数修正，得到精确车道中心轨迹线作为车辆的目标轨迹曲线，精确车道中心轨迹线方程为：
[0116]
[0117] 式中：dylane为目标轨迹曲线；y为车辆距车道中心线横向偏移量；ε为车辆航向角；dx为纵向行驶距离；C0为道路曲率；C1为当前车速下道路曲率变化率；K为车道修正系数；
[0118] (2)计算车辆行驶轨迹线方程
[0119] 通过车辆状态检测系统200中的速度传感器02、加速度传感器03检测的车辆速度、侧向加速度信息计算车辆行驶轨迹线，先拟定车辆做圆周运动行驶在道路上，通过车辆行驶状态，可以实时将车辆运动看作无数个小段圆周运动叠加而成；将直线行驶看作行驶半径无限大；环岛行驶工况看作行驶轨迹为定半径的圆周运动。从而预估实时车辆行驶轨迹线。行驶轨迹线半径为：
[0120]
[0121] 其中：R为车辆行驶轨迹半径；v为当前行驶车速；aLateral为车辆侧向加速度。
[0122] (3)车道中心保持执行操作条件
[0123] 参阅图4，将车道划分为车辆行驶不同安全级别区域，其中φ表示车辆质心到车道中心轨迹线横向偏离距离；
[0124] φ1l表示车道中心轨迹线左侧阈值，为左侧弱控制范围；φ1r表示车道中心轨迹线右侧阈值，为右侧弱控制范围；φ2l表示车辆偏离左侧车道轨迹线左侧偏离阈值，为强控制范围；φ2r表示车辆偏离车道轨迹线右侧偏离阈值，为右侧强控制范围；ε为车辆行驶航向角。
[0125] 本发明将道路范围划分为三种情况进行讨论：①φ≤φ11或φ≤φ1r；②φ1l≤φ≤φ2l或φ1r≤φ≤φ2r③φ≥φ2l或φ≥φ2r；
[0126] (4)计算需求转角
[0127] 参阅图5，将车辆行驶轨迹线与车道中心轨迹线放到同一参考系，求出车辆行驶轨迹线与车道中心轨迹线的夹角，拟定车辆行驶轨迹线上当前所在位置点的坐标为(dy′2，dx′2)，当前车辆在x轴数值相同的位置下，车道中心轨迹线上点的坐标为(dy2，dx2)从而可以确定需求转角：
[0128]
[0129] 其中：Δ为需求转角；dx′2为单位时间车辆行驶轨迹纵向预估距离；dy2为单位时间车辆行驶轨迹横向预估距离；dx2为单位时间车道中心轨迹纵向预估距离；dy2为单位时间车道中心轨迹横向预估距离。
[0130] 根据所求需求转角Δ，将需求转角转换为方向盘扭矩等效替代，从而通过电动助力转向系统12、转向系统13执行转向，达到车道中心保持的效果。
[0131] 3.判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制
[0132] 根据步骤2即车辆及道路信息检测步骤的检测结果，可得到车辆与道路的位置关系；检测车辆偏离目标轨迹情况，根据不同情况进行如下操作：
[0133] (1)车辆在车道中心轨迹线阈值内行驶
[0134] 检测车辆是否在车道中心轨迹线阈值内行驶，若在车道中心轨迹线阈值内行驶，即φ1l≥φ或φ1r≥φ，则执行车道中心保持弱横向控制操作，将所求小角度的需求转角Δ，转换为方向盘扭矩等效替代，从而通过电动助力转向系统12、转向系统13实现转向要求，达到弱控制下的车道中心保持效果，并进行闭环控制，使车辆保持在车道中心轨迹线阈值内行驶，当车辆在车道中心轨迹线阈值外行驶，执行下面的车辆行驶是否超过车道中心轨迹线报警线步骤；
[0135] (2)车辆行驶是否超过车道中心轨迹线报警线
[0136] 在φ1l＜φ或φ1r＜φ的前提下，继续判断是否满足：φ1l＜φ≤φ2l或φ1r＜φ≤φ2r，若满足则说明车辆偏离车道属于可控制范围，执行车道中心保持强横向控制操作；将所求大角度的需求转角Δ，转换为方向盘扭矩等效替代，从而通过电动助力转向系统12、转向系统13实现转向要求，达到强控制下的车道中心保持效果，使车辆向车道中心轨迹线方向转向，并进行闭环控制，直到φ1l≥φ或φ1r≥φ成立，则返回执行上面的车辆在车道中心轨迹线阈值内行驶步骤；
[0137] 4.车辆纵向安全控制
[0138] (1)判断车辆是否能够安全转向行驶
[0139] 参阅图6，图6为图3最下端虚线框图即一种横纵向车道中心保持方法的安全转向条件判定流程框图的详细框图说明。当偏离距离超过左侧偏离阈值φ2l或右侧偏离阈值φ2r情况，即φ2l＜φ或φ2r＜φ，则认为车辆行驶出现异常，即根据车道中心保持控制系统400基于环境检测系统100中的CCD摄像机01的道路情况信息、车辆状态检测系统200中的加速度传感器03检测当前横向加速度aLateral值得到侧偏力，结合附着椭圆定律，确定最大驱动力的门限值FT，使驱动力门限值FT作为驱动力边界条件，并根据汽车行驶方程：
[0140]
[0141] 式中：G为车辆重量；f为滚动
摩擦系数；α为道路坡度；CD为空气阻力系数；A为车辆迎风面积；u为车辆速度；m为车辆质量；δ为旋转质量换算系数；t为时间；
[0142] 可得车辆安全行驶的目标车速门限值，即u的最大值为umax，通过车辆状态检测系统200中速度传感器02监测当前速度能否保证车辆以需求转角转向行驶的安全性要求。
[0143] (2)纵向行驶速度在安全范围内
[0144] 若速度门限值umax能够达到车辆以需求转角转向行驶的安全性要求，则继续让电动助力转向系统12、转向系统13执行车道中心保持操作，输出需求转向力，使车辆按需求转向角度γ行驶，继续行驶到车道中心轨迹线右侧设定范围φ2r内或车道中心轨迹线左侧设定范围φ2l内，同时触发预警系统700做出震动方向盘、发出报警蜂鸣声、安全带收紧操作的反应，从而提示驾驶员进行车辆操作；此过程为闭环控制，CCD摄像机01实时监测车辆以需求转角转向后是否达到偏离车道中心轨迹线强控制范围，若超过车道中心轨迹线强控制范围，则继续执行当前操作；若修正后车辆质心在车道中心轨迹线强控制范围以内则执行车道中心保持控制，返回执行步骤3判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制、步骤4车辆纵向安全控制。
[0145] (3)纵向速度在安全行驶范围外
[0146] 若速度门限值不能保证车辆以需求转角γ转向行驶这一安全性要求，则进行减速控制，此时根据环境检测系统100与车辆状态检测系统200得到的信息，可以确定最大横向速度与最大纵向速度，此过程车辆以当前安全条件最大转角γt继续行驶。
[0147] 1)调节加速系统14使车辆减速
[0148] 为将横纵向速度控制在安全范围，车辆先调节加速系统14，据驾驶员意图，驾驶员轻抬加速踏板，布置在踏板上的踏板位移传感器通过线束传递信号到相关控制器，控制发动机总成内相关部件减少油气配比，降低发动机做功；减小节气门开度，通过行驶阻力使车辆达到减速效果；
[0149] 2)调节制动系统15使车辆减速
[0150] 若减速度不能满足需求减速度则开启制动系统15，当驾驶员踩下制动踏板后，与制动踏板相连的制动主缸将制动液通过制动油管输出到分别布置在四个车轮处的制动分泵，制动分泵因为结构本身的特性，利用液压力，可阻碍车轮转动，实现车辆制动，使横向速度、纵向速度均达到需求值；
[0151] 3)闭环控制监测需求转角是否大于最大安全转角
[0152] 通过闭环控制，速度传感器02继续监测当前速度，观测当前道路条件下车辆速度是否满足安全行驶状态，直到横纵向速度均降为安全车速，继续执行车道保持操作，使车辆按需求转向角度行驶，继续行驶到车道中心轨迹线右侧强控制范围φ2r或车道中心轨迹线左侧强控制范围φ2l内；
[0153] 4)触发预警系统700
[0154] 执行步骤4的同时触发预警系统700做出反应，做出的反应为震动方向盘、发出报警蜂鸣声、安全带收紧操作提示驾驶员进行车辆操作。
[0155] 其中，对于步骤4整体过程为闭环控制，实时监测车辆以需求转角转向后是否达到车道中心轨迹线强控制范围内，若车辆质心在车道中心轨迹线范围外，则继续执行当前操作；若修正后车辆质心在车道中心轨迹线强控制范围以内则执行车道中心保持控制，返回执行步骤2车辆及道路信息检测、步骤3判断车辆偏离目标轨迹情况并进行控制。
[0156] 本发明通过环境检测系统100、车辆状态检测系统200、HMI检测系统300对驾驶情况进行全面检测，将相应的检测信号通过车道中心保持控制系统400进行运算处理，判断车辆是否偏离车道，并且通过电动助力转向系统12、转向系统13控制实现车道横向回正控制，以及速度控制系统600控制实现车辆横纵向安全车速的控制，并且在适当的时候进行报警提示；整个车道保持过程均为闭环控制，实时调节车辆在车道中心保持执行上具有现实意义，并具有一定的可行性。
