本发明属于智能驾驶辅助，涉及一种基于电液转向器的车道保持设备及方法。
背景技术：
1、随着人工智能技术广泛运用于车辆智能驾驶辅助系统中，各大车企与用户也更加关注此类功能的可靠性和实际使用效果，其中车道保持功能最具实际应用价值，普遍被市场所接受，成为选购时主打的智能化卖点之一。控制车辆稳定行驶于车道中间，首先依赖于一套电液助力转向系统(ehps)，从而可通过控制电机转动角度及角速度控制车辆横向运动，且其本身助力较大，操作轻盈，可减轻驾驶员长时间操作疲惫程度。搭配稳定的车道保持设备后，可在车道线清晰的路面中使车辆自动行驶于道路中间，无需人工控制，或是当人工驾驶时，由于分心或疲劳而导致偏离本车道时，电液转向器及时介入控制，以降低非正常产生较大的交通事故率。
2、但目前电液转向器常配备于高档车辆中，若同时加装车道保持系统，还会额外增加成本预算，因而普遍使用仍未成熟。并且目前在车道保持功能中多数使用的算力要求不高的传统数字图像处理计算，相较于车道保持系统使用的深度学习方法，其成本虽低，但检测效果相差较大，使用场景受限，用户交互体验较差。例如申请号为201810004757.6的中国发明专利申请《一种车辆的车道保持控制方法》，提出“虚拟车道线”和“真实车道线”这两个概念，结合真实车道线位置信息和虚拟车道线位置信息计算车辆偏离车道的角度和偏离程度。最后根据偏离量计算转向控制量，实现车道保持。采用传统的数字图像处理计算，并且未配备电液转向器进行控制。例如申请号为201810331279.x的中国发明专利《一种商用车车道保持系统及其控制策略设计》，通过道路信息获取装置获取车道线信息，将获得的数据发送给控制装置，控制器进行数据处理，将车道保持的附加力矩叠加到执行器上，从而控制车辆实现车道保持功能。但其控制器仅能使用简单的算法实现车道保持功能，其鲁棒性较差。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有技术中车道保持系统的鲁棒性较差使用场景受限的技术问题，提供一种基于电液转向器的车道保持设备及方法。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、第一方面，本发明提供一种基于电液转向器的车道保持设备，包括依次通信连接的相机、车道保持控制器、转向器控制器和电液转向器；
4、所述相机设置在车辆前挡风玻璃上，用于采集前方道路图像；所述车道保持控制器中集成有车道线检测单元和横向偏离计算单元；所述转向控制器中集成有驾驶模式切换单元，接收车道保持控制器发出的模式指令进行切换，驾驶模式包括车道中心保持模式和车道保持辅助模式；所述电液转向器包括电动转向机构、液压转向机构和扭矩转角传感器。
5、第二方面，本发明提供一种基于电液转向器的车道保持方法，包括以下步骤：
6、相机采集车辆前方道路图像并将其传输给车道线检测单元；
7、车道线检测单元基于所述前方道路图像检测左右两侧车道线位置并将其传输给横向偏离计算单元；
8、选取驾驶模式；横向偏离计算单元基于左右两侧车道线位置计算车道线中心线与车辆纵向中心间的横向偏离量，并结合所选取驾驶模式得到目标转角值或目标扭矩值并将其传输给转向器控制器；
9、转向器控制器基于目标转角值或目标扭矩值控制电液转向器将力矩传递到车轮，实现车辆的车道保持。
10、本发明的进一步改进在于：
11、所述车道线检测单元基于所述前方道路图像检测左右两侧车道线位置具体包括：
12、建立初始车道线检测卷积神经网络模型；
13、将原道路图像的若干特征进行多层提取，得到特征图；
14、使用特征图对所述初始车道线检测卷积神经网络模型进行若干次迭代训练，得到模型参数；
15、基于模型参数建立最终车道线检测卷积神经网络模型，并将最终车道线检测卷积神经网络模型搭载在车道保持控制器中，用于实时检测车辆行驶过程中左右两侧车道线在图像中的各行位置。
16、所述车道线检测单元基于所述前方道路图像检测左右两侧车道线位置还包括对检测得到的左右两侧车道线位置进行后处理，具体包括：
17、对输出的车道线位置检测结果依次进行3-sigma异常值剔除和dsbcan异常值剔除；
18、进行左侧车道线曲线拟合和右侧车道线曲线拟合，使用曲线参数进行插值计算，得到精确的左右两侧车道线位置和车道线中线位置。
19、所述横向偏离计算单元基于左右两侧车道线位置计算车道线中心线与车辆纵向中心间的横向偏离量具体包括：
20、所述横向偏离计算单元接收到所述精确的左右两侧车道线位置和车道线中线位置信息，得到左右两侧车道线检测点数量；
21、当左右两侧车道线检测点数量均小于或等于阈值1时，左右两侧车道线位置均检测失败，使用上一时刻检测成功的车道线计算横向偏移量；
22、当左右两侧车道线检测点数量均大于阈值1并且左右两侧车道线检测点数量差值小于或等于阈值2时，左右两侧车道线位置均检测成功，在车道线中线位置上由近车端至远车端选择若干点计算横向偏移量；
23、当左右两侧车道线检测点数量均大于阈值1并且左右两侧车道线检测点数量差值大于阈值2时，左右两侧车道线位置仅有一侧检测成功，计算车道线中线与检测成功一侧的车道线的横向偏移量。
24、所述在车道线中线位置上由近车端至远车端选择若干点计算横向偏移量具体包括：
25、采用三点预瞄综合的方式确定横向偏离量，分别计算车道线中线近车点、中间点和远车点三处位置与车辆中线之间的横向偏差，并根据车速确定3个预瞄点处的权重值，总横向偏离量计算公式为：
26、cte＝αctenear+βctemiddle+γctefar
27、其中，cte表示总横向偏离量；ctenear表示近车点横向偏离量；ctemiddle表示中间点横向偏离量；ctefar表示远车点横向偏离量；α表示近车点权重；β表示中间点权重；γ表示远车点权重；α、β、γ的选取与车速及各位置检测结果的可靠性相关。
28、所述驾驶模式包括车道中心保持模式和车道保持辅助模式；所述车道中心保持模式对应转向控制器中的转角控制模式；所述车道保持辅助模式对应转向控制器中的力矩叠加模式。
29、当车辆处于所述车道中心保持模式时，车道保持控制器处于转角控制模式控制车辆方向盘转动，基于横向偏离量和pid方法计算得到方向盘目标转角值，转向器控制器接受目标转角值，通过双层pi控制计算得到电机助力力矩，从而控制电液转向器的电机转动，修正实际横向偏差；
30、当车辆处于所述车道保持辅助模式时，车道保持控制器处于力矩叠加模式，当横向偏差量在所设定阈值范围内时-x1<x<x1时，表明车辆正常行驶于车道中间部分，此时不额外叠加控制力矩；当横向偏差距离超过所设阈值时x<-x1或x>x1时，表明车辆在非正常情况下偏离当前正在行驶的车道，此时车道保持控制器根据车速和偏离程度发送目标扭矩值，转向器控制器最终根据目标扭矩值和驾驶员施加于方向盘力矩的计算结果转换为电机电流，控制车辆运动。
31、当选取车道中心保持模式时，所述目标转角值通过以下步骤得到：
32、首先将车道线横向偏离量及历史时刻横向偏离量传入转向控制器中的pid控制器中，其中p值的选取与车速和横向偏离量相关，p与当前时刻偏离量相乘为比例项最终计算结果，以当前时刻与历史时刻偏离量相减并与d值相乘作为微分项计算结果，以当前时刻偏离量乘以i值并与历史时刻偏离量积分值相加，作为当前时刻积分项，三者共同计算得到目标方向盘转角，同时结合当前方向盘转角，以同样的pi控制器计算方向盘角速度，最后以方向盘角速度误差根据另一个pi控制器计算电机扭矩值，在车辆中标定此三个pid控制器的参数，最终使能够控制电机扭矩的变化，转动目标转角值，最终修正车辆运行过程中的横向偏离量，使车辆稳定行驶于道路中间；如下式：
33、
34、其中，cte为车道横向偏离量；θdes为根据第一pid计算得到的目标期望转角；δθ为目标期望角度和当前实际方向盘角度之间的差值，并根据第二pi计算得到目标角速度。
35、当选取车道中心保持辅助模式时，所述目标扭矩值具通过以下步骤得到：
36、在基于目标方向盘和实际方向盘角度差，使用转向控制器中的pid控制器计算得到纠正扭矩。
37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38、本发明公开了一种基于电液转向器的车道保持设备，执行机构采用电液转向器，在未开启车道保持控制器时，由驾驶员手动操作，电机根据驾驶员实际施加手力大小，提供相应的基本助力、主动回正等，使转向操作更加轻盈。由于其内部集成有电动转向机构、液压转向机构和扭矩转角传感器，因而可支持辅助驾驶功能，包括车道中心保持模式和车道保持辅助模式等。
39、本发明公开了一种基于电液转向器的车道保持方法，在车道线检测时采用卷积神经网络模型深度学习的方法，相较于传统图像处理方法，检测结果更加稳定可靠，可用于车道线不清晰，或光照不均的情景；采用特殊的车道线横向偏离量计算方法，受异常检测影响更小，行驶过程中偏离量波动幅度更小。
40、进一步地，车道保持功能包括转角控制模式下的车道中心保持，以及力矩叠加模式下的车道保持辅助，前者智能程度更高，后者以驾驶员操作意图为主，驾驶员可根据道路标线清晰、连贯情况进行切换；在车道保持辅助模式下，驾驶员还可根据驾驶习惯设置介入阈值，提高使用的自由度和灵活性。
1.一种基于电液转向器的车道保持设备，其特征在于，包括依次通信连接的相机、车道保持控制器、转向器控制器和电液转向器；
2.根据权利要求1所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，所述车道线检测单元基于所述前方道路图像检测左右两侧车道线位置具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，所述车道线检测单元基于所述前方道路图像检测左右两侧车道线位置还包括对检测得到的左右两侧车道线位置进行后处理，具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，所述横向偏离计算单元基于左右两侧车道线位置计算车道线中心线与车辆纵向中心间的横向偏离量具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，所述在车道线中线位置上由近车端至远车端选择若干点计算横向偏移量具体包括：
7.根据权利要求6所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，所述驾驶模式包括车道中心保持模式和车道保持辅助模式；所述车道中心保持模式对应转向控制器中的转角控制模式；所述车道保持辅助模式对应转向控制器中的力矩叠加模式。
8.根据权利要求7所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，当车辆处于所述车道中心保持模式时，车道保持控制器处于转角控制模式控制车辆方向盘转动，基于横向偏离量和pid方法计算得到方向盘目标转角值，转向器控制器接受目标转角值，通过双层pi控制计算得到电机助力力矩，从而控制电液转向器的电机转动，修正实际横向偏差；
9.根据权利要求8所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，当选取车道中心保持模式时，所述目标转角值通过以下步骤得到：
10.根据权利要求8所述的基于电液转向器的车道保持方法，其特征在于，当选取车道中心保持辅助模式时，所述目标扭矩值具通过以下步骤得到：
