说明书在曲线道路控制车辆速度的系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种在曲线道路控制速度的方案，尤其涉及利用行驶轨迹的 曲率在曲线道路控制车辆速度的系统及其方法。
背景技术
超速不仅造成众多车辆事故，而且加大这些事故造成的受害程度。因此， 车辆自动巡航控制产品的市场需求在逐渐扩大。即，采用能够使车辆保持一 定的预设速度的巡航控制(cruise control)方式和通过增加雷达，与前方行 驶车辆保持合理车距的自适应巡航控制系统(adaptive cruise control system)方式的产品日益普及。
并且，随着导航仪(navigation)逐渐普及，市场规模同样在扩大，因此 预测认为与导航仪相关的系统的普及程度也会随之上升。这种系统从地图中 提取要行驶的道路的形状，并根据提取到的道路的形状算出表示道路的弯曲 程度的曲率，从而基于此提供合理的速度控制。
但是基于导航或道路引导时所使用的一般地图的精确度，无法算出精确 的道路曲率。因此，在研究如何制造高精度的地图、精确定位，但是距离实 际商业化，还需要大量的费用和时间。
发明内容
技术问题
因此,为解决这些现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种在曲线道 路控制车辆速度的系统及其方法，具体来讲，首先获取前方道路的形状信息， 并基于预设的性能指数、制约条件修正获取到的形状信息，根据修正后的形 状信息算出曲率，根据算出的曲率算出合理速度。
但是，本发明的目的并不限定于以上提及的内容，本领域所属技术人员 可从以下的内容中明确理解未提及的其他目的。
技术方案
为达成所述目的，根据本发明一个方面在曲线道路控制车辆速度的系统 可以包括：轨迹修正部，当获取到要行驶的曲线道路区间内的形状点时，其 把获取到的所述形状点的位置向预设方向移动预设距离，用移动后的该结果 修正要行驶的曲线道路的轨迹；曲率算出部，其根据修正后的要行驶的所述 轨迹的形状点算出曲率；合理速度算出部，其根据算出的所述曲率，算出要 行驶的所述轨迹的每个形状点的合理速度；以及曲线道路目标加速度算出部， 其根据算出的所述合理速度选定为进行速度控制的速度控制地点，算出选定 的该速度控制地点的曲线道路目标加速度。
优选地，所述轨迹修正部从获取到的所述形状点中选择连续的预设个数 的形状点，并把选择的所述形状点中位于中央的形状点向预设方向移动或者 移动预设距离，算出移动之前的形状点相应的曲率和移动之后的形状点相应 的曲率，并比较算出的所述曲率，根据该比较结果确定要行驶的所述轨迹的 形状点的位置，从而根据位置确定后的该形状点修正要行驶的所述轨迹。
优选地，所述轨迹修正部从获取到的所述形状点中选择连续的五个形状 点，将选择的所述五个形状点中的至少三个形状点设定为一个集合，并算出 设定的各个所述集合相应的曲率。
优选地，所述轨迹修正部比较算出的所述曲率的性能指数，并根据该比 较结果，将所述曲率的性能指数小的形状点确定为要行驶的所述轨迹的形状 点的位置，其中，所述性能指数是关于曲率的性能指数，该值越小，性能越 好。
优选地，所述曲率算出部根据修正后的要行驶的所述轨迹的形状点中的 至少三个以上的形状点算出曲率。
优选地，所述合理速度算出部通过数学式求得所述合 理速度v。其中，所述ay表示预设的合理通过横向加速度，所述R表示曲率 半径。
并且，本发明的在曲线道路控制车辆速度的系统还包括：信号处理部， 其从车辆用雷达接收目标物反射的信号，并对接收到的信号进行信号处理， 根据该信号的处理结果提取目标物的信息，该目标物的信息包括对目标物的 移动速度或者距离；目标物选定部，其根据提取到的所述目标物的信息选定 成为对象的目标物；以及目标物目标加速度算出部，其根据选定的所述目标 物的目标物信息，算出目标物目标加速度。
并且，本发明的在曲线道路控制车辆速度的系统还包括：最终目标加速 度算出部，其在算出的所述曲线道路目标加速度与所述目标物目标加速度中， 将更小的值作为算出的相应地点的最终目标加速度。
根据本发明另一方面的一种在曲线道路控制车辆速度的方法包括：当获 取到要行驶的曲线道路区间内的形状点时，把获取到的所述形状点的位置向 预设方向移动预设距离，用移动后的该结果修正要行驶的曲线道路的轨迹的 步骤；根据修正后的要行驶的所述轨迹的形状点算出曲率的步骤；根据算出 的所述曲率，算出要行驶的轨迹的每个形状点的合理速度的步骤；以及根据 算出的所述合理速度选定为进行速度控制的速度控制地点，算出选定的该速 度控制地点的曲线道路目标加速度的步骤。
优选地，在所述修正要行驶的曲线道路的轨迹的步骤中，从获取到的所 述形状点中选择连续的预设个数的形状点，并把选择的所述形状点中位于中 央的形状点向预设方向移动或者移动预设距离，算出移动之前的形状点相应 的曲率和移动之后的形状点相应的曲率，并比较算出的所述曲率，根据该比 较结果确定要行驶的所述轨迹的形状点的位置，从而根据位置确定后的该形 状点修正要行驶的所述轨迹。
优选地，在所述修正要行驶的曲线道路的轨迹的步骤中，从获取到的所 述形状点中选择连续的五个形状点，将选择的所述五个形状点中的至少三个 形状点设定为一个集合，并算出设定的各个所述集合相应的曲率。
优选地，在所述修正要行驶的曲线道路的轨迹的步骤中，比较算出的所 述曲率的性能指数，并根据该比较结果，将所述曲率的性能指数小的形状点 确定为要行驶的所述轨迹的形状点的位置。其中，所述性能指数是表示关于 曲率的性能指数，该值越小，性能越好。
优选地，在所述算出曲率的步骤中，根据修正后的要行驶的所述轨迹的 形状点中的至少三个以上的形状点算出曲率。
优选地，在算出所述合理速度的步骤中通过数学式求得 所述合理速度v。其中，所述ay表示预设的合理通过横向加速度，所述R表 示曲率半径。
并且，本发明的在在曲线道路控制车辆速度的方法还包括：从车辆用雷 达接收目标物反射的信号，并对接收到的信号进行信号处理，根据该信号的 处理结果提取目标物的信息，该目标物的信息包括相对于对目标物的移动速 度或者距离的步骤；根据提取到的所述目标物的信息选定成为对象的目标物 的步骤；以及根据选定的所述目标物的目标物信息，算出目标物目标加速度 的步骤。
并且，本发明的在曲线道路控制车辆速度的方法还包括：在算出的所述 曲线道路目标加速度与所述目标物目标加速度中，将更小的值作为算出的相 应地点的最终目标加速度的步骤。
技术效果
本发明通过获取前方道路的形状信息，根据预设的性能指数、制约条件 修正获取到的形状信息，并根据修正后的形状信息算出曲率，根据算出的曲 率算出合理速度，其有益效果是算出的曲率接近实际行驶轨迹的曲率，能够 提高曲线道路速度控制功能的性能。
并且，本发明的有益效果是通过提高曲线道路速度控制功能的性能，能 够提高驾驶员的便利性。
并且，本发明无需使用高精度的地图，使用一般地图便可构成曲线道路 速度控制系统，因此其有益效果是能够节俭产品成本。
附图说明
图1为显示本发明一个实施例的控制车辆速度的系统的示意图；
图2为显示本发明一个实施例的智能巡航控制系统(SCC)的详细构成的 示意图；
图3为说明本发明一个实施例的修正轨迹的原理的示意图；
图4为说明本发明一个实施例的算出曲率的原理的示意图；
图5为显示本发明一个实施例的修正后的行驶轨迹的示意图；
图6为说明本发明一个实施例的算出最终曲率的原理的示意图；
图7为说明本发明一个实施例的选定速度控制地点的原理的示意图；
图8为显示本发明一个实施例的算出的曲率结果的示意图；
图9为显示本发明一个实施例的算出的合理速度的结果的示意图；
图10为显示本发明一个实施例的控制车辆速度的方法的示意图。
附图标记说明
110:导航仪 120:车辆用雷达
130:智能巡航控制系统(SCC) 131:信号处理部
132:目标物选定部 133:目标物目标加速度算出部
134:轨迹修正部 135:曲率算出部
136:合理速度算出部 137:曲线道路目标加速度算出部
138:最终目标加速度算出部 140:电子稳定控制系统(ESC)
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明实施例的在曲线道路控制车辆速度的系统及 其方法。以理解本发明的工作原理及作用所须的部分为重点进行详细说明。
并且，在说明本发明的构成要素时，对于相同名称的构成要素，可以在 不同的附图中用不同的附图标记表示，并且，即使在不同的附图中也可以用 相同的附图标记表示。但即便是此类情况，也不能表明相应的构成要素在不 同的实施例中具有不同的功能，或在不同的实施例中具有相同的功能。每个 构成要素的功能应该根据相应实施例中对每个构成要素的说明加以判断。
尤其，在本发明中提出一种通过获取前方道路的形状信息，根据预设的 性能指数、制约条件修正获取到的形状信息，并根据修正后的形状信息算出 曲率，根据算出的曲率算出合理速度的新方案。
图1为显示本发明一个实施例的控制车辆速度的系统的示意图。
如图1所述，本发明的控制车辆速度的系统的构成可以包括导航仪 (navigation)110、车辆用雷达120、智能巡航控制系统(Smart Cruise Control，SCC)130、电子稳定控制系统(electronic stability control， ESC)140等。
导航仪110可以提供对应于当前要行驶的曲线道路的轨迹的形状信息。
车辆用雷达120可以接收目标物反射的信号，并提供接收到的信号。
智能巡航控制系统130从导航仪接收对应于曲线道路的轨迹的形状信 息，并从车辆雷达接收信号，根据接收到的对应于曲线道路的轨迹的形状信 息和信号，选定曲线道路内速度控制地点的最终目标加速度。
此时，智能巡航控制系统130可以根据获取到的道路的形状点修正要行 驶的道路的轨迹，并根据修正后的要行驶的轨迹的形状点算出最终曲率，根 据算出的最终曲率算出要行驶的轨迹的每个形状点处的合理速度，根据算出 的最终曲率和预设的合理通过横向加速度，算出相应形状点的合理速度，并 根据算出的合理速度选择为进行速度控制的速度控制地点，并算出选择的速 度控制地点的曲线道路目标加速度。
并且，智能巡航控制系统130从车辆用雷达接收目标物反射的信号，并 对接收到的信号进行信号处理，根据该信号的处理结果提取关于目标物的信 息，其包括目标物的移动速度、距离，并根据提取到的信息选定成为对象的 目标物，根据选定的目标物的信息算出相应目标物的目标物目标加速度。
其结果，智能巡航控制系统130可以根据利用导航仪110提供的信息算 出的曲线道路目标加速度、利用车辆用雷达提供的信息算出的目标加速度， 算出相应地点的最终目标加速度。
电子稳定控制系统140可以接收选定的最终目标加速度，并根据接收到 的该最终目标加速度控制行驶在曲线道路上的车辆的驱动装置和制动装置。
图2为显示本发明一个实施例的智能巡航控制系统(SCC)的详细构成的 示意图。
如图2所示，本发明的智能巡航控制系统130可以由信号处理部131、 目标物选定部132、目标物目标加速度算出部133、轨迹修正部134、曲率算 出部135、合理速度算出部136、曲线道路目标加速度算出部137、最终目标 加速度算出部138等构成。
信号处理部131可以接收目标物反射的信号，并处理接收到的信号，根 据该信号的处理结果提取目标物的移动速度、距离等信息。
目标物选定部132可以根据提取的信息选定成为对象的目标物。
目标物目标加速度算出部133可以根据选定的目标物的移动速度、距离 等信息算出相应目标物的目标物目标加速度。
轨迹修正部134可以从导航仪获取对应于要行驶的曲线道路的轨迹的形 状点，并根据已定义的性能指数和制约条件修正获取的形状点的位置。
图3为说明本发明一个实施例的修正轨迹的原理的示意图。
如图3所示，轨迹修正部134可以在从导航仪获取到的要行驶的曲线道 路区间内轨迹的形状点中选择连续的五个形状点P1,P2,P3,P4,P5。此时， 可根据设计者的要求变更轨迹的形状点之间的间隔。
轨迹修正部134把选择的五个形状点中的连续的三个形状点设定为一个 集合，可以得到共三个集合S1={P1,P2,P3},S2={P2,P3,P4},S3={P3,P4, P5}。
轨迹修正部134可以对设定的各集合分别算出相应曲率C1,C2,C3。
图4为说明本发明一个实施例的算出曲率的原理的示意图。
如图4所示，当给出三个点时，轨迹修正部134能够算出经过给出的三 个点的圆的曲率，图中显示以点P1为原点，算出经过点P1,P2,P3的圆的 曲率。这样的曲率可通过以下的[数学式1]表示：
[数学式1]
C = 1 R = 4 ( x 1 y 2 - x 2 y 1 ) 2 ( x 1 2 + y 1 2 ) ( x 2 2 + y 2 2 ) [ ( x 1 - x 2 ) 2 + ( y 1 - y 2 ) 2 ] ]]>
其中，R表示曲率半径，(x1,y1)表示点P2的坐标，(x2,y2)表示点P3 的坐标。点P1的坐标(x,y)是原点，因此是(0,0)。
轨迹修正部134从五个形状点P1,P2,P3,P4,P5中选择位于中间的要 移动的一个形状点P3，并把选择的形状点P3向预设方向移动,移动预设距离， 可以得到P3′。
轨迹修正部134把包含移动后的形状点P3′的五个形状点P1,P2,P3′, P4,P5中的连续的三个形状点设定为一个集合，可以得到共三个集合S1′, S2′,S3′。
轨迹修正部134可以对设定的各集合分别算出曲率C1′,C2′,C3′。
轨迹修正部134确认由此算出的P3相应的曲率C1,C2,C3和P3′相应 的曲率C1′,C2′,C3′的性能指数和制约条件，根据该确认结果确定要行 驶的轨迹的形状点。
如果，P3′相应的曲率的性能指数更低且满足制约条件，则轨迹修正部 134可以把要行驶的轨迹的形状点修正为P1,P2,P3′,P4,P5。
此处，性能指数是表示关于曲率的性能指数，该值越小，性能越好。根 据设计者的要求或需要，可以把这种性能指数设定为多种形态，例如，可以 把曲率的绝对值中最大的绝对值设定为最小的性能指数，或把曲率间的变化 量最大的值设定为最小的性能指数。
并且，制约条件是表示要修正的形状点的允许范围的条件，根据设计者 的要求或需要，可以把制约条件设定为多种形态。例如，这种制约条件可以 设定为距离原来的形状点在预定距离范围内。
轨迹修正部134对要行驶的轨迹的所有形状点重复执行所述轨迹修正过 程。即，轨迹修正部134选择下一个周期中连续的五个形状点P2,P3,P4,P5, P6，再次执行所述的轨迹修正过程。
图5为显示本发明一个实施例的修正后的行驶轨迹的示意图。
如图5所示，轨迹修正部134对要行驶的轨迹的所有形状点重复执行针 对行驶轨迹的形状点的修正，能够得到与原来的行驶轨迹的形状点相比，性 能指数改善的修正后的行驶轨迹的形状点。
此时，轨迹修正部134对行驶轨迹的形状点的修正过程，可从最近的点 向远处的点依次执行，或对近处的点重复执行更多次。
其中，对行驶轨迹的形状点的修正次数或方式等，可由设计者来设定， 可根据设计者的要求、系统的性能等变更为多种形态。
本发明的这种对行驶轨迹的形状点的修正过程可带来多种效果，例如通 过选定更低的性能指数，以去除较接近形状点所造成的曲率误差，并结合驾 驶员的驾驶特点，去除地图位置的误差等。
曲率算出部135可以根据修正后的要行驶的轨迹的形状点算出最终曲 率。即，曲率算出部135根据修正后的要行驶的轨迹的形状点中的至少三个 以上的形状点算出最终曲率。
图6为说明本发明一个实施例的算出最终曲率的原理的示意图。
如图6所示，为了算出最终曲率而选择的形状点连续或不连续。例如， 形状点可选择P1,P2,P3或P1,P3,P5。
曲线道路的合理速度算出部136可以根据算出的最终曲率算出行驶轨迹 的每个形状点的合理速度。这种合理速度v可通过如下的[数学式2]表示：
[数学式2]
v = a y · R ]]>
其中，ay表示合理通过横向加速度，R表示曲率半径。
此处，设计者或驾驶员可以预设或变更这种合理通过横向加速度，可根 据道路的摩擦系数或道路种类赋予加权值。
曲线道路目标加速度算出部137可根据算出的合理速度选择为进行速度 控制的速度控制地点，并对选择的速度控制地点算出曲线道路目标加速度。
图7为说明本发明一个实施例的选定速度控制地点的原理的示意图。
如图7所示，速度控制地点可通过利用减速度的速度控制地点选定方式、 利用比例控制的速度控制地点选定方式等多种方法或多个方法的组合来选 择。
例如，利用减速度的速度控制地点选定方式，把为了满足相应的前方地 点的合理速度所需的减速度中具有最大值的地点选定为速度控制地点。
假设等减速时，减速所需的减速度A可通过如下的[数学式3]表示：
[数学式3]
A = v ( 0 ) 2 - v map 2 2 · d ]]>
其中，v(0)表示当前行驶中的车辆的速度，Vmap表示相应的前方地点处的 合理速度，d表示距离相应的前方地点的距离。
又例如，利用比例控制的速度控制地点选定方式，选定为了满足相应的 前方地点处的合理速度所需的减速度中具有最大值的地点。
当已选定速度控制地点时，曲线道路目标加速度算出部137根据选定的 速度控制地点的合理速度和当前的速度算出曲线道路目标加速度。
最终目标加速度算出部138可以根据从导航仪110提供的信息算出的曲 线道路目标加速度和从车辆用雷达120提供的信息算出的目标加速度算出最 终目标加速度。
例如，根据导航仪110的曲线道路目标加速度算出最终目标加速度，根 据车辆用雷达120的目标加速度算出最终目标加速度，最终目标加速度算出 部138将算出的两个最终目标加速度中更小的值作为算出的最终目标加速 度。
此时，最终目标加速度算出部138结合预设的减速控制特性算出最终目 标加速度，其中减速控制特性可通过如下的[表1]定义。
[表1]
参数 值
Amax Amax={Amax(n)|A1,A2,A3,…,AN}
Jmax Jmax={Jmax(n)|J1,J2,J3,…,JN}
Km Km={Km(n)|K1,K2,K3,…,KN}
vmargine vmargine={vmargine(n)|v1,v2,v3,…,vN}
其中，Amax表示目标加速度的最大允许加速度，Jmax表示目标加速度的最 大允许变化率，Km表示速度比例控制增益或控制的快慢，vmargine表示合理速度 和目标控制速度之间的差值，即速度范围。
根据[表1]算出的最终目标加速度ai可通过如下[数学式4]表示：
[数学式4]
ai=Km(vmap-vs)
其中，Km表示速度比例控制增益，vmap表示目标速度，vs表示当前行驶中 的车辆的速度，具有与[数学式3]的v(0)相同的值。
并且，目标速度vmap可由如下[数学式5]表示：
[数学式5]
vmap=vt-vmargin(n)
其中，vt表示速度控制地点t的合理速度，vmargin表示速度余量。
此时，最终目标加速度应满足Amax及Jmax，即最终目标加速度的绝对值受 限于最大允许加速度Amax，最终目标加速度的变化率受限于最大允许变化率 Jmax。
例如，当Amax为2时，如果算出的最终目标加速度为3，则将算出的最终 目标加速度调整为2，当Jmax为2，之前的最终目标加速度为1时，如果算出 的最终目标加速度为4，则将算出的最终目标加速度调整为3。
图8为显示本发明一个实施例的算出的曲率结果的示意图。
如图8所示，显示实际一般地图的轨迹和按照提出的方法修正后的轨迹 的曲率的比较结果。利用提出的方法修正轨迹，能够减少曲率被一般地图的 误差所干扰，能够使得出的曲率更为接近实际行驶曲率。
图9为显示本发明一个实施例的算出的合理速度的结果的示意图。
如图9所示，显示了利用图7的曲率，并将合理通过横向加速度设定为 0.2G时，要行驶的轨迹内各形状点的合理速度。
如上所述，利用通过本发明提出的方法修正后的轨迹，去除多种原因带 来的曲率干扰，能够更为平稳地在曲线道路上控制速度。
图10为显示本发明一个实施例的控制车辆速度的方法的示意图。
如图10所示，在步骤S1001中，本发明的控制车辆速度的系统(以下， 称为速度控制系统)可以从导航仪系统获取有效的道路的形状点。
此时，速度控制系统如果无法从导航仪系统获取到有效的道路的形状点， 就无法在曲线道路控制速度，因此可以将此告知给驾驶员。
然后，在步骤S1002中，速度控制系统可以根据获取到的道路的形状点 修正要行驶的道路的轨迹。
具体来讲，速度控制系统选择预定个数的形状点，把选择到的形状点中 位于中央的形状点向预设方向移动或者移动预设距离。
速度控制系统根据移动前的形状点相应的曲率和移动后的形状点相应的 曲率，确定要行驶的轨迹的形状点的位置，并根据位置确定后的该形状点修 正轨迹。
然后，在步骤S1003中，速度控制系统可以根据修正后的要行驶的轨迹 的形状点算出最终曲率。
然后，在步骤S1004中，速度控制系统可以根据算出的最终曲率算出要 行驶的轨迹的每个形状点的合理速度。即，速度控制系统根据算出的最终曲 率和预设的合理通过横向加速度算出相应形状点处的合理速度。
然后，在步骤S1005中，速度控制系统可以根据算出的合理速度选择为 进行速度控制的速度控制地点，并对选择的速度控制地点算出曲线道路目标 加速度。
另外，在步骤S1006中，速度控制系统可以从车辆用雷达接收目标物反 射的信号，并对接收到的信号进行信号处理，根据该信号的处理结果提取关 于目标物的移动速度、距离等信息。
然后，在步骤S1007中，速度控制系统可以根据提取的信息选定成为对 象的目标物。
然后，在步骤S1008中，速度控制系统可以根据选定的目标物的移动速 度、距离等信息算出相应的目标物的目标物目标加速度。
然后，在步骤S1009中，速度控制系统可以根据利用导航仪提供的信息 算出的曲线道路目标加速度和利用车辆用雷达提供的信息算出的目标物目标 加速度，算出相应地点处的最终目标加速度。
然后，在步骤S1010中，速度控制系统可以把算出的最终目标加速度提 供给电子稳定控制系统(ESC)。
另外，以上记载了构成本发明实施例的所有构成要素结合成一体或结合 工作，但本发明并不限定于这些实施例。即在本发明目的范围内，其所有构 成要素中的一个或多个可以选择性地结合工作。并且，其所有构成要素可分 别以一个独立的硬件的形式出现，但也可以选择性地组合各构成要素中的一 部分或全部，以具有程序模块的计算机程序来实现，其中程序模块执行一个 或多个硬件组合出的部分或所有功能。并且，这种计算机程序可存储于通用 串行总线(USB)存储器、压缩磁盘(CD disk)，闪存盘(Flash Memory)等计算 机可读的记录介质(Computer Readable Media)，由计算机读取并执行，从而 实现本发明的实施例。计算机程序的记录介质可包括磁性记录介质、光记录 介质、载波(Carrier Wave)介质等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。