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CN106114506B - 一种车道保持方法及装置 - Google Patents

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CN106114506B CN201610711362.0A CN201610711362A CN106114506B CN 106114506 B CN106114506 B CN 106114506B CN 201610711362 A CN201610711362 A CN 201610711362A CN 106114506 B CN106114506 B CN 106114506B
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Abstract

本发明实施例提供一种车道保持方法及装置，在获取车道保持所需正向力矩时，利用基于前馈控制的车道保持控制模型，通过基于反馈的控制模型，具有计算量少、稳定性高且易于实现的优点。而且，采用的行车参数包括阻力力矩、偏离中心线的侧向速度、车辆与车道中心线的实际偏离距离和预估偏离距离，由于在行车过程中，会存在各个其他方面的控制力矩，会对最终得到的正向力矩产生影响，而且车辆当前处于偏离车道的状态，如果继续行驶可能会继续偏离车道中心线，提前预估车辆偏离中心线的距离。结合上述参数得到的正向力矩，能够克服外界力矩的影响，使车辆克服当前实际偏离距离同时克服预估产生的偏离距离，从而能够真正保证车辆沿着当前车道行驶。

Description

一种车道保持方法及装置
技术领域
本发明属于车辆智能控制技术领域，具体涉及一种车道保持方法及装置。
背景技术
随着机器摄像头、激光雷达等传感器技术的进步，车道保持系统受到了越来越多的关注。该系统的目的是，在驾驶员无意识并不干扰正常驾驶的情况下，通过电动助力转向机主动施加力矩纠正车辆姿态以避免交通事故。
现有技术中，针对车道保持控制已有不少研究成果，例如，有的利用车道线偏离时间模型，因为考虑因子太少导致了性能不佳；有的建立了车辆的非线性模型，实时计算量非常大，不利于工程实现。更为重要的是，现有技术中的模型没有考虑到驾驶员的意图，导致功能使用一段时间之后就被关闭，失去了主动安全保护的意义。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是车道保持功能策略简单及不能识别驾驶员意图，从而提供一种车道保持方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：
一种车道保持方法，包括如下步骤：
建立基于前馈控制的车道保持控制模型；
获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度；
获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离；
根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩；
输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
可选地，所述的车道保持方法中，获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离的步骤中，所述预估偏离距离通过以下步骤获取：
获取所述正向力矩传递延迟时间；
根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。
可选地，所述的车道保持方法中，获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度的步骤中，所述控制力矩通过以下步骤获取：
获取由驾驶员施加的力矩；
获取车辆行驶过程中的侧向力矩；
根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；
所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述正向力矩加大；
所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩，所述正向力矩减小。
可选地，所述的车道保持方法中，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中：
所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型。
可选地，所述的车道保持方法中，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中，所述前馈比例积分微分控制模型通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示阻力力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。
可选地，所述的车道保持方法中，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中还包括如下步骤：
建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；
根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。
可选地，所述的车道保持方法中，还包括如下步骤：
判断是否检测到退出车道保持的操作；
若检测退出车道保持的操作，则判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；
若当前行驶速度大于或等于设定阈值，则继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；否则输出实际检测到的力矩使车辆退出车辆保持方式。
可选地，所述的车道保持方法中，判断是否检测到退出车道保持的操作请求的步骤中：
所述退出车道保持的操作包括：打转向灯的操作、踩踏制动踏板的操作、踩踏加速踏板的操作、转动方向盘的操作。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种车道保持装置，包括如下步骤：
模型建立单元，用于建立基于前馈控制的车道保持控制模型；
第一参数获取单元，用于获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度；
第二参数获取单元，用于获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离；
力矩获取单元，用于根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩；
力矩输出单元，用于输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
可选地，所述的车道保持装置中，所述第二参数获取单元中包括：
时间获取子单元，用于获取所述正向力矩传递延迟时间；
距离获取子单元，用于根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。
可选地，所述的车道保持装置中，所述第一参数获取单元中包括：
第一力矩获取子单元，用于获取由驾驶员施加的力矩；
第二力矩获取子单元，用于获取车辆行驶过程中的侧向力矩；
力矩叠加子单元，用于根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩；
力矩获取单元，在所述控制力矩为阻力力矩，得到的所述正向力矩加大；在所述控制力矩为助力力矩，得到的所述正向力矩减小。
可选地，所述的车道保持装置中，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中：
模型建立单元中建立的所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型。
可选地，所述的车道保持装置中，模型建立单元中建立的所述前馈比例积分微分控制模型通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示阻力力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。
可选地，所述的车道保持装置中，还包括：
标定子单元，用于建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；
查表子单元，用于根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。
可选地，所述的车道保持装置中，还包括：
第一判断单元，用于判断是否检测到退出车道保持的操作；
第二判断单元，用于在所述第一判断单元的判断结果为是时，进一步判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；
所述力矩输出单元，用于在所述第二判断单元的判断结果为是时继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；在所述第二判断单元的判断结果为否时，输出实际检测到的力矩使车辆退出车辆保持方式。
可选地，所述的车道保持装置中，所述第一判断单元中，所述退出车道保持的操作包括：打转向灯的操作、踩踏制动踏板的操作、踩踏加速踏板的操作、转动方向盘的操作。
与现有技术相比，本发明实施例提供的上述方案至少具有如下有益效果：
(1)本发明实施例所述的车道保持方法及装置，在获取车道保持所需正向力矩时，利用基于前馈控制的车道保持控制模型，通过基于反馈的控制模型，具有计算量少、稳定性高且易于实现的优点。而且，采用的行车参数包括阻力力矩、偏离中心线的侧向速度、车辆与车道中心线的实际偏离距离和预估偏离距离，由于在行车过程中，会存在各个其他方面的控制力矩，会对最终得到的正向力矩产生影响，而且车辆当前处于偏离车道的状态，如果继续行驶可能会继续偏离车道中心线，提前预估车辆偏离中心线的距离。结合上述参数得到的正向力矩，能够克服外界力矩的影响，使车辆克服当前实际偏离距离同时克服预估产生的偏离距离，从而能够真正保证车辆沿着当前车道行驶。
(2)本发明实施例所述的车道保持方法及装置，通过建立标定数据表，记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子通过上述方案，车辆行驶在不同的路况时，能够根据实际路况的车道曲率半径、倾角角度、及车辆处于弯道内侧还是外侧这些实际情况，对比例因子和微分因子做出适应性调整，从而使驾驶者的体验达到最佳状态。
(3)本发明实施例所述的车道保持方法及装置，在检测退出车道保持的操作时，判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；若当前行驶速度大于或等于设定阈值，则按照车道保持继续行驶；否则按照实际检测到的操作行驶。采用这种方案，当车辆高速行驶时，不会突然的退出车道保持策略，一方面是为了保证行车过程中的安全性，另一方面也避免了高速行驶过程中，突然撤掉车道保持的助力给驾驶员带来的不适感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一个实施例所述车道保持方法的流程图；
图2为本发明一个实施例所述车辆行驶示意图；
图3为本发明另一个实施例所述车道保持方法的流程图；
图4为本发明一个实施例所述车道保持装置的原理框图；
图5为本发明一个实施例所述车道保持装置的原理框图。
具体实施方式
本发明以下实施例提供的车道保持方法及装置，其核心点是令车辆能够在行驶过程中实现手离开方向盘情况下的车道保持系统，同时能够智能地探测到驾驶意图从而在合适的时机退出控制，避免干扰到正常驾驶。并且，为了能够将本发明实施例的方案应用于高速公路上实现同样的车道保持的目的，基于前馈控制的车道保持控制模型中的比例因子、模型因子能够根据高速公路的实际路况进行调整，因此车辆在弯道上行驶时，也能够根据弯道的实际情况实现车道保持功能。而且，为了避免车辆高速行驶时，突然撤掉车道保持正向力矩给驾驶员造成安全风险及不适感，在退出车道保持力矩介入前，对速度进行判断，速度过高时暂不执行退出车道保持策略。下面通过具体的实施例对上述方案进行详细描述。
另外需要注意的是，本文中的术语“第一”、“第二”、“第三”等，用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。另外，本文中对于不同步骤设置的步骤号，是便于描述清楚而设置的，其不应该理解为对步骤先后顺序的必要限定，对不同步骤之间的顺序交换只要不影响方案实施，都应看做对本发明实施例的简单变形无需付出创造性劳动即可实现。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。术语“连接”应被宽泛地理解并且指的是电连接、机械连接、无线连接，直接地连接或者通过中间电路和/或元件间接地连接。
下面结合具体的实施例对本发明的上述方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种车道保持方法，如图1所示，包括如下步骤：
S101：建立基于前馈控制的车道保持控制模型。所谓前馈控制是指指通过收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施。
S102：获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度。参见图2所示车辆行驶示意图，车辆当前行驶状态已经偏离了车道中心线，虚线框中的车辆为预测的车辆将要到达的位置。因此，根据车辆当前行驶状态，能够通过整车控制器或者车辆的中控系统直接采集到控制力矩Tr。偏离中心线的侧向速度V可以通过如下方式获得：获得车辆当前行驶速度，获得车辆当前行驶方向与车道中心线之间的夹角，车辆当前行驶速度乘以该夹角的余弦值可以作为偏离车道的侧向行驶速度。
S103：获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离。根据图2，车辆与车道中心线之间的实际偏离距离为Lc。具体获取该距离的方式可以为：在车辆上设置摄像头，摄像头能够采集当前位置与车道中心线之间的图像或视频信息，通过对该图像或视频信息进行分析，通过比例换算即可得到该实际偏离距离。对于预估偏离距离，如图2所示，虚线框为预估的车辆即将到达的位置，具体操作时，可以得到预计的车辆位置与当前车辆位置之间的相对位置，根据该相对位置进一步获取车辆预估偏离距离Lp。
S104：根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩。
S105：输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
本实施例的上述方案中，利用基于前馈控制的车道保持控制模型，通过基于反馈的控制模型，具有计算量少、稳定性高且易于实现的优点。而且，采用的行车参数包括阻力力矩、偏离中心线的侧向速度、车辆与车道中心线的实际偏离距离和预估偏离距离，由于在行车过程中，会存在各个其他方面的控制力矩，会对最终得到的正向力矩产生影响，而且车辆当前处于偏离车道的状态，如果继续行驶可能会继续偏离车道中心线，提前预估车辆偏离中心线的距离。结合上述参数得到的正向力矩，能够克服外界力矩的影响，使车辆克服当前实际偏离距离同时克服预估产生的偏离距离，从而能够真正保证车辆沿着当前车道行驶。
本实施例还提供一种优选方案，对上述方案中的步骤S103中做如下改进，所述预估偏离距离通过以下步骤获取：
S1031：获取所述正向力矩传递延迟时间；如果正向力矩输出后，根据正向力矩控制车辆，会改变车辆的方向和速度，令车辆向车道中心线靠拢。但是正常情况下，正向力矩传递过程中一定会有一个延迟的时间，在该延迟时间内，车辆还会按照当前偏离角度及速度继续行驶，因此在该时间内车辆会继续偏离车道中心线。传递扭矩的延迟时间根据实车动力学测试测试即可得出。
S1032：根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。步骤S102中已经获得了偏离中心县的侧向速度，根据侧向速度和延迟时间可以得到预估偏离距离。
在本实施例提供的另一优选方案中，对步骤S102做如下改进，所述控制力矩通过以下步骤获取：
S1021：获取由驾驶员施加的力矩；即驾驶员通过对方向盘施力、通过踩加速踏板、制动踏板等方式施加的力矩。
S1022：获取车辆行驶过程中的侧向力矩；该力矩可以是车辆行驶过程中实际道路所给予的侧向力矩，例如道路不平等原因会对高速行驶的车辆施加一定的侧向力从而产生侧向力矩。
S1023：根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；在所述步骤S104中，获取正向力矩时，所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述正向力矩加大；所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩，所述正向力矩减小。
可以理解，就是车道保持的时候，驾驶员的双手也可以放在方向盘上，如果与车道保持扭矩的方向相反，这个就是阻力力矩，相应地车道保持的扭矩就要增加；如果与车道保持扭矩的相同，那么有助于纠正车辆姿态，相应地车道保持的扭矩就要减小。同时本方案还考虑到了侧向力及侧向速度的影响，当车辆偏离角度较大、侧向偏离速度较大的时候，相应的纠正力矩也要更大。
本实施例还提供一种优选方案，上述方案中步骤S101中所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型。具体地，所述前馈比例积分微分控制模型通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示控制力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。上述函数采用PID控制模型变形得到，结合本发明实施例的具体发明点进行调整，其中的比例因子、积分因子和微分因子，均可根据实际车型、实际路况进行设置。
车辆在行驶过程中，经常需要在高速公路上行驶，实际的道路车道线有直线和弯道，一般设计限速120kph的高速公路弯道的曲率半径最小值为650m-1000m；同时弯道还区分内侧和外侧；高速公路一般都设计有侧倾角度，还区分左倾和右倾。为了能够适应高速公路的路况，在高速路上行驶时同样能采用车道保持方式，对上述步骤S101还进行了如下改进：
S1011：建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；也就是说比例因子和微分因子都是车道曲率半径、侧倾角度和弯道内侧/外侧相关的函数。
S1012：根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。
优选地，如图3所示，在步骤S105之后还包括如下步骤：
S106：判断是否检测到退出车道保持的操作，若是则进入步骤S107。
S107：判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；若是则进入步骤S108，否则进入步骤S109。
S108：继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；
S109：输出实际检测到的力矩使车辆退出车辆保持方式。
车道保持是人-车-路在环的系统，车-路前馈智能PID控制系统最终闭环在人。因此主动安全系统性能评价的第一要义就是既安全又舒适。本实施例为了优化了驾驶员体验感受，特进行了如下改进：车道保持输入的正向力矩，并不是随意退出的，而是跟车速相关的函数，符合了高速情况下驾驶员追求安全的心理。除了常规打转向灯之外，驾驶员可以通过在方向盘上施加反向阻力矩、踩制动踏板、踩油门踏板和转动方向盘来退出车道保持功能。当确定退出车道保持后，则根据实际检测到的驾驶员的输入力矩对车辆进行控制，以符合驾驶员的行车意图。
实施例2
本实施例提供一种车道保持装置，如图4所示，包括：
模型建立单元101，用于建立基于前馈控制的车道保持控制模型；所谓前馈控制是指指通过收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施。
第一参数获取单元102，用于获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度。
第二参数获取单元103，用于获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离。
力矩获取单元104，用于根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩。
力矩输出单元105，用于输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
本实施例的上述方案中，利用基于前馈控制的车道保持控制模型，通过基于反馈的控制模型，具有计算量少、稳定性高且易于实现的优点。而且，采用的行车参数包括阻力力矩、偏离中心线的侧向速度、车辆与车道中心线的实际偏离距离和预估偏离距离，由于在行车过程中，会存在各个其他方面的控制力矩，会对最终得到的正向力矩产生影响，而且车辆当前处于偏离车道的状态，如果继续行驶可能会继续偏离车道中心线，提前预估车辆偏离中心线的距离。结合上述参数得到的正向力矩，能够克服外界力矩的影响，使车辆克服当前实际偏离距离同时克服预估产生的偏离距离，从而能够真正保证车辆沿着当前车道行驶。
本实施例还提供一种优选方案，所述第二参数获取单元103中包括：
时间获取子单元，用于获取所述正向力矩传递延迟时间；如果正向力矩输出后，根据正向力矩控制车辆，会改变车辆的方向和速度，令车辆向车道中心线靠拢。但是正常情况下，正向力矩传递过程中一定会有一个延迟的时间，在该延迟时间内，车辆还会按照当前偏离角度及速度继续行驶，因此在该时间内车辆会继续偏离车道中心线。传递扭矩的延迟时间根据实车动力学测试测试即可得出。
距离获取子单元，用于根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。
在本实施例提供的另一优选方案中，所述第一参数获取单元102中包括：
第一力矩获取子单元，用于获取由驾驶员施加的力矩；即驾驶员通过对方向盘施力、通过踩加速踏板、制动踏板等方式施加的力矩。
第二力矩获取子单元，用于获取车辆行驶过程中的侧向力矩；该力矩可以是车辆行驶过程中实际道路所给予的侧向力矩，例如道路不平等原因会对高速行驶的车辆施加一定的侧向力从而产生侧向力矩。
力矩叠加子单元，用于根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩；
力矩获取单元，在所述控制力矩为阻力力矩，得到的所述正向力矩加大；在所述控制力矩为助力力矩，得到的所述正向力矩减小。
也就是说，车道保持的时候，驾驶员的双手也可以放在方向盘上，如果与车道保持扭矩的方向相反，这个就是阻力力矩，相应地车道保持的扭矩就要增加；如果与车道保持扭矩的相同，那么有助于纠正车辆姿态，相应地车道保持的扭矩就要减小。同时本方案还考虑到了侧向力及侧向速度的影响，当车辆偏离角度较大、侧向偏离速度较大的时候，相应的纠正力矩也要更大。
本实施例还提供一种优选方案，上述方案中，模型建立单元中建立的所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型，具体地通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示阻力力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。上述函数采用PID控制模型变形得到，结合本发明实施例的具体发明点进行调整，其中的比例因子、积分因子和微分因子，均可根据实际车型、实际路况进行设置。
为了能够适应高速公路的路况，在高速路上行驶时同样能采用车道保持方式，对上述方案还进行了如下改进，模型建立单元还包括：
标定子单元，用于建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；
查表子单元，用于根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。也就是说比例因子和微分因子都是车道曲率半径、侧倾角度和弯道内侧/外侧相关的函数。
进一步优选地，上述装置还包括：
第一判断单元106，用于判断是否检测到退出车道保持的操作；
第二判断单元107，用于在所述第一判断单元的判断结果为是时，进一步判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；
所述力矩输出单元105，用于在所述第二判断单元的判断结果为是时继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；在所述第二判断单元的判断结果为否时，输出实际检测到的力矩使车辆退出车辆保持方式。
车道保持是人-车-路在环的系统，车-路前馈智能PID控制系统最终闭环在人。因此主动安全系统性能评价的第一要义就是既安全又舒适。本实施例为了优化了驾驶员体验感受，特进行了如下改进：车道保持输入的正向力矩，并不是随意退出的，而是跟车速相关的函数，符合了高速情况下驾驶员追求安全的心理。除了常规打转向灯之外，驾驶员可以通过在方向盘上施加反向阻力矩、踩制动踏板、踩油门踏板和转动方向盘来退出车道保持功能。当确定退出车道保持后，则根据实际检测到的驾驶员的输入力矩对车辆进行控制，以符合驾驶员的行车意图。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (14)

1.一种车道保持方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立基于前馈控制的车道保持控制模型；
获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度；所述控制力矩通过以下步骤获取：
获取由驾驶员施加的力矩；
获取车辆行驶过程中的侧向力矩；
根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；
获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离；
根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩；所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述正向力矩加大；所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩，所述正向力矩减小；
输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
2.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离的步骤中，所述预估偏离距离通过以下步骤获取：
获取所述正向力矩传递延迟时间；
根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。
3.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中：
所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型。
4.根据权利要求3所述的车道保持方法，其特征在于，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中，所述前馈比例积分微分控制模型通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示控制力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。
5.根据权利要求4所述的车道保持方法，其特征在于，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中还包括如下步骤：
建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；
根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。
6.根据权利要求1所述的车道保持方法，其特征在于，还包括如下步骤：
判断是否检测到退出车道保持的操作；
若检测退出车道保持的操作，则判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；
若当前行驶速度大于或等于设定阈值，则继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；否则输出实际检测到的力矩使车辆退出车道保持方式。
7.根据权利要求6所述的车道保持方法，其特征在于，判断是否检测到退出车道保持的操作请求的步骤中：
所述退出车道保持的操作包括：打转向灯的操作、踩踏制动踏板的操作、踩踏加速踏板的操作、转动方向盘的操作。
8.一种车道保持装置，其特征在于，包括：
模型建立单元，用于建立基于前馈控制的车道保持控制模型；
第一参数获取单元，用于获取行车参数，所述行车参数包括控制力矩、偏离中心线的侧向速度；其中包括：
第一力矩获取子单元，用于获取由驾驶员施加的力矩；
第二力矩获取子单元，用于获取车辆行驶过程中的侧向力矩；
力矩叠加子单元，用于根据所述驾驶员施加的力矩和所述行驶过程中的侧向力矩叠加得到控制力矩；
第二参数获取单元，用于获取车辆与车道中心线的偏离参数，所述偏离参数包括实际偏离距离和预估偏离距离；
力矩获取单元，用于根据所述偏离参数、所述行车参数以及所述车道保持控制模型获取车道保持所需的正向力矩；所述控制力矩与所述正向力矩方向相反时为阻力力矩，所述控制力矩与所述正向力矩方向相同时为助力力矩；在所述控制力矩为阻力力矩时，得到的所述正向力矩加大；在所述控制力矩为助力力矩时，得到的所述正向力矩减小；
力矩输出单元，用于输出所述正向力矩，以使车辆按照车道保持方式行驶。
9.根据权利要求8所述的车道保持装置，其特征在于，所述第二参数获取单元中包括：
时间获取子单元，用于获取所述正向力矩传递延迟时间；
距离获取子单元，用于根据所述延迟时间和所述侧向速度得到所述预估偏离距离。
10.根据权利要求8所述的车道保持装置，其特征在于，建立基于前馈控制的车道保持控制模型的步骤中：
模型建立单元中建立的所述车道保持控制模型为前馈比例积分微分控制模型。
11.根据权利要求10所述的车道保持装置，其特征在于：
模型建立单元中建立的所述前馈比例积分微分控制模型通过以下函数实现：
T(t)＝Lc(t)×Pc+Lp(t)×Pp+I×Tr(t)+D×Vl(t)；
其中，T(t)表示正向力矩，Lc(t)表示实际偏离距离，Lp(t)表示预估偏离距离，Tr(t)表示阻力力矩，Vl(t)表示侧向速度，t表示当前时间，Pc表示与实际偏离距离对应的比例因子，Pp表示与预估偏离距离对应的比例因子，I表示积分因子，D表示微分因子。
12.根据权利要求11所述的车道保持装置，其特征在于，还包括：
标定子单元，用于建立标定数据表，所述标定数据表中分别记录与实际偏离距离对应的比例因子Pc、与预估偏离距离对应的比例因子Pp和微分因子D这三个参数与车辆转弯半径R、行驶的倾角角度α、表征行驶道路位于弯道内侧或弯道外侧的标识位之间的对应关系；
查表子单元，用于根据所述标定数据表，通过查表得到所述与实际偏离距离对应的比例因子、所述与预估偏离距离对应的比例因子和所述微分因子。
13.根据权利要求8所述的车道保持装置，其特征在于，还包括：
第一判断单元，用于判断是否检测到退出车道保持的操作；
第二判断单元，用于在所述第一判断单元的判断结果为是时，进一步判断当前行驶速度是否大于或等于设定阈值；
所述力矩输出单元，用于在所述第二判断单元的判断结果为是时继续输出正向力矩使车辆按照车道保持方式行驶；在所述第二判断单元的判断结果为否时，输出实际检测到的力矩使车辆退出车道保持方式。
14.根据权利要求13所述的车道保持装置，其特征在于：
所述第一判断单元中，所述退出车道保持的操作包括：打转向灯的操作、踩踏制动踏板的操作、踩踏加速踏板的操作、转动方向盘的操作。
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