CN102407849B - 基于移动对象的目标轨迹来支持移动对象的驾驶的设备 - Google Patents

Abstract

在用于支持移动对象的驾驶的设备中，旋度分量计算器将环境场的相对运动投影在通过对移动对象的驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的坐标系中。旋度分量计算器计算环境场的经投影的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的每个旋转分量。目标轨道设置器将等值线设置为移动对象的目标轨道，所述等值线连接环境场的经投影的相对运动的一部分旋转分量，该部分旋转分量具有相同的量值。

Description

基于移动对象的目标轨迹来支持移动对象的驾驶的设备

技术领域

本公开涉及用于设置移动对象的目标轨道(行驶轨迹)、以及用于基于所设置的目标轨道来支持移动对象的驾驶的设备。

背景技术

本申请的申请人已经提交了与日本专利申请No.2008-203410相对应的美国专利申请No.12/462,416。与日本专利申请公报No.2010-036777相对应的美国专利申请的美国专利申请公报No.2010/0036563公开了一种用于移动对象的行驶支持设备。

行驶支持设备在移动对象周围的区域上虚拟地设置多个参考点。具体地，行驶支持设备在移动对象预期移动于的道路上虚拟地设置多行规则间隔开的参考点。行驶支持设备将每个参考点关于移动对象的相对运动转换成相应参考点在通过对移动对象的驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的坐标系上的相对运动。每个参考点关于移动对象在该坐标系上的相对运动代表相应参考点关于移动对象的视觉相对运动，换言之，每个参考点相对于移动对象在驾驶员的视网膜上的运动信息。

然后，行驶支持设备基于每个参考点关于移动对象的视觉相对运动来设置驾驶员的凝视点和移动对象的轨道(行驶轨迹)。

基于每个参考点关于移动对象的视觉相对运动(其对应于驾驶员对相应参考点的视觉识别)来设置移动对象的轨道允许对移动对象的轨道的控制；移动对象的受控轨道与驾驶员的感觉相匹配。这适当地支持了驾驶员对移动对象的驾驶，而不造成驾驶员的不适。

发明内容

发明人已发现，在上述专利公报中需要改进一点。在该专利公报中公开的行驶支持设备在移动对象正在行驶的道路上虚拟地设置多行规则间隔开的参考点作为移动对象的行驶轨迹的候选点，每行中的参考点垂直于道路的长度方向。行驶支持设备计算每个参考点关于移动对象的视觉相对运动。然后，行驶支持设备将所有参考点中具有最小视觉相对运动的一个参考点设置为凝视点，并将每行中的所有参考点中具有最小视觉相对运动的一个参考点确定为轨道点。行驶支持设备连接各行参考点中的轨道点一直到凝视点，以由此确定移动对象的轨道。

上面阐述的行驶支持设备的轨道确定方法能够在移动对象在道路中的弯道上在稳态条件(恒定的转弯半径、恒定的转向角以及恒定的速度)下转弯的情况下确定移动对象的适当轨道。然而，在移动对象在道路中的弯道上以变化的转弯半径转弯的情况下，每行参考点中的轨道点的位置可能横向地平移。每行参考点中的轨道点的位置的横向平移可能造成基于轨道点和凝视点确定的移动对象的轨道不平滑。因此，需要即使在移动对象以变化的转弯半径转弯的情况下也适当地确定移动对象的轨道。

鉴于上面阐述的情况，本公开的一方面寻求提供用于支持移动对象的驾驶的设备，该设备被设计用于满足上面阐述的这一需要。

具体地，本公开的可替选方面旨在提供这样的设备，其即使在移动对象以变化的转弯半径转弯的情况下也适当地确定移动对象的目标轨道。

根据本发明的一方面，提供了一种用于支持移动对象的驾驶的设备。该设备包括凝视点设置器、运动检测器和旋度分量计算器。凝视点设置器设置移动对象的驾驶员的凝视点。运动检测器检测移动对象周围的环境场关于移动对象的相对运动。旋度分量计算器将环境场的相对运动投影在坐标系中，并计算环境场的经投影的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的每个旋转分量，其中该坐标系是通过对移动对象的驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的。该设备包括目标轨道设置器和支持器。目标轨道设置器将连接环境场的经投影的相对运动的一部分旋转分量的等值线设置为移动对象的目标轨道，其中该部分旋转分量具有相同的量值。支持器基于由目标轨道设置器设置的移动对象的目标轨道来支持移动对象的驾驶。

本申请的发明人已专注以下事实，即，当移动对象从道路的直部进入道路中的弯道时，所投影的相对运动的每个旋度分量依据道路形状的变化和驾驶员凝视点的变化而动态地变化。具体地，如果道路向右弯曲从而使得驾驶员的凝视点被设置在道路的弯道上，则靠近道路右侧的一些旋度分量的量值水平大于其余分量的量值水平，并且旋度分量的量值水平从道路右侧向其左侧逐渐减小。

相反，如果道路向左弯曲从而使得驾驶员的凝视点被设置在道路的弯道上，则靠近道路左侧的一些旋度分量的量值水平大于其余旋度分量的量值水平，并且旋度分量的量值水平从道路左侧向其右侧逐渐减小。

如前所述，旋度分量的量值水平的分布依据道路形状的变化和/或由道路形状的变化导致的凝视点的变化而动态地变化。此外，旋度分量的量值水平的分布从道路的宽度方向上的一侧向其另一侧变化。因此，连接彼此相同的旋度分量的等值线适合于移动对象的目标轨道。

因此，根据本公开的一方面，计算了环境场的经投影的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的每个旋转分量。将连接环境场的经投影的相对运动的一部分旋转分量的等值线设置为移动对象的目标轨道；该部分旋转分量具有相同的量值。

因此，即使在移动对象以变化的转弯半径转弯的情况下，也可以基于等值线适当地确定移动对象的目标轨道，这是因为旋度分量的量值水平的分布依据移动对象的转弯半径的变化而动态地变化。

将考虑以下结合附图的描述来进一步理解本公开的各方面的上述和/或其他特征和/或优点。本公开的各方面在需要时可以包括和/或排除不同的特征和/或优点。此外，本公开的各方面在需要时可以组合其他实施例的一个或多个特征。具体实施例的优点和/或特征的描述不应被解释为限制其他实施例或权利要求。

附图说明

根据参考附图对实施例的以下描述，本公开的其他方面将变得显而易见，在附图中：

图1是根据本公开的实施例的驾驶支持设备的框图；

图2A是示意性示出根据实施例的将由图1所示的驾驶支持ECU执行的驾驶支持任务的流程图；

图2B是示意性示出根据实施例的在车辆周围的行驶环境场中的预定区域中设置的多个点的视图；

图3A是示意性示出根据实施例的从凝视点径向地扩展的散度分量的视图；

图3B是示意性示出根据实施例的围绕凝视点旋转的旋度分量的视图；

图4A是示意性示出根据实施例的由驾驶支持ECU设置的正交坐标系的X轴和Y轴之间的关系的视图；

图4B是示意性示出根据实施例的由驾驶支持ECU设置的正交坐标系的视图；

图4C是示意性示出根据实施例的由驾驶支持ECU定义的视网膜球体坐标系与正交坐标系之间的关系的视图；

图5是示意性示出根据实施例的等值线的视图；

图6是示意性示出根据实施例的当前轨道的曲率半径大于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向不足的倾向的视图；

图7是示意性示出根据实施例的当前轨道的曲率半径小于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向过度的倾向(参见图7)、在步骤S160中驾驶支持ECU 26减小协助扭矩的视图；

图8是示意性示出根据实施例的当前轨道的曲率半径之间的偏差大于目标轨道的曲率半径之间的偏差的时刻的视图；

图9是示意性示出根据实施例的由驾驶支持ECU定义的视网膜球体坐标系与正交坐标系之间的关系的视图；

图10是示意性示出根据实施例的该多个点中的每个点的偏心角变化率的绝对值以及凝视点的视图。

具体实施方式

下文中将参考附图来描述本发明的实施例。

图1示出了根据本公开的用于支持能够在道路上行驶的例如机动车辆的车辆的驾驶的设备AP的结构的示例；该车辆是各种移动对象的示例。

安装在车辆中的设备AP包括环境检测器10、车辆运动检测器16、驾驶支持电子控制单元(ECU)26、转向致动器28、控制开关30和脸部图像相机32。元件10、16、28、30和32中的每个都可通信地连接至驾驶支持ECU 26。

环境检测器10包括道路图数据库12和例如GPS接收器的当前位置传感器14。道路图数据库(DB)12在其中存储道路图数据。当前位置传感器14可操作用于确定车辆的当前位置。环境检测器10可操作用于基于存储在道路图数据库12中的道路图数据以及由当前位置传感器14确定的车辆当前位置，来检测车辆周围的例如行驶区域的行驶环境场。例如，环境检测器10可操作用于将在车辆从当前位置向前移动的方向上延伸的道路的形状测定为车辆周围的行驶环境场。环境检测器10还可操作用于将车辆周围的检测到的行驶环境场发送至驾驶支持ECU 26。

车辆运动检测器16包括横向加速度传感器18、竖直加速度传感器20、速度传感器22和偏航角速度传感器24。

横向加速度传感器18可操作用于测量车辆在车辆的横向方向(宽度方向)上的运动量值，并将指示车辆的横向方向上的测得的运动量值的信号输出至驾驶支持ECU 26。

竖直加速度传感器20可操作用于测量车辆在车辆的竖直方向(高度方向)上的运动量值，并将指示车辆的竖直方向上的测得的运动量值的信号输出至驾驶支持ECU 26。

速度传感器22可操作用于测量车辆的速度，并将指示测得的车辆速度的信号输出至驾驶支持ECU 26。

偏航角速度传感器24可操作用于测量车辆的偏航角速度，并将指示测得的车辆偏航角速度的信号输出至驾驶支持ECU 26；偏航角速度是车辆在其转弯方向上的转弯角的变化率。

控制开关30被设计成可由驾驶员操作。当被驾驶员接通时，控制开关30向驾驶支持ECU 26发送触发信号以启动驾驶支持任务。

脸部图像相机32可操作用于连续地拾取车辆的驾驶员的脸部图像，并向驾驶支持ECU 26连续地输出由此连续拾取的脸部图像。

驾驶支持ECU 26例如被设计为由例如CPU、包括例如可重写ROM的ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等的存储介质26a、IO(输入和输出)接口等构成的普通微计算机电路。普通微计算机电路在本实施例中被限定为至少包括用于它的CPU和主存储器。

存储介质26a在其中预先存储各种程序。

驾驶支持ECU 26包括作为功能模块的虹膜检测器26b、确定器26c、运动检测器26d、投影仪26e、计算器26f、目标轨道确定器26g和控制器26h。这些功能模块可通过执行包含在稍后描述的各种程序中的驾驶支持程序P来实施。

虹膜检测器26b可操作用于基于连续拾取的脸部图像来检测驾驶员的双眼(至少一只眼睛)的虹膜的位置。

确定器(凝视设置器)26c可操作用于基于虹膜的位置来确定驾驶员视线所指向的驾驶员凝视点的方向，从而基于所确定的驾驶员的凝视点的方向来设置驾驶员的凝视点。

运动检测器26d可操作用于基于车辆运动检测器16的各传感器的所测得的信号来检测车辆周围的环境场关于驾驶员的相对运动。

假设车辆驾驶员靠近地观察凝视点，则投影仪26e可操作用于将车辆周围的环境场的相对运动投影在通过对驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的三维坐标系中。

计算器26f可操作用于计算车辆周围的环境场的所投影的相对运动中的旋度分量；环境场中的旋度分量是环境场的经投影的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的旋转分量。即，计算器26f可操作用于获得由驾驶员在视觉上识别出的环境场的相对流中的旋转分量；环境场的相对流的旋转分量各自关于驾驶员、围绕凝视点相对地旋转。稍后将详细描述如何计算旋转分量。

目标轨道确定器26g可操作用于将连接彼此相同的旋转分量并且在车辆前方延伸的等值(势)线确定为车辆的目标轨道。

转向致动器28可操作用于产生用于协助驾驶员对车辆方向盘作出转弯努力的协助扭矩。

控制器26h可操作用于基于由速度传感器22和偏航角速度传感器24测得的车辆速度和偏航角速度来计算例如当车辆在道路中的弯道上转弯时的车辆的当前轨道、并控制转向致动器28调整协助扭矩以使得车辆的当前轨道与车辆的目标轨道基本上相匹配。

接下来，在下文中将参考图2A来描述将由驾驶支持ECU 26根据驾驶支持程序P执行的驾驶支持任务。例如，驾驶支持任务由驾驶支持ECU26响应于接收来自控制开关30的触发信号而启动，并且只要触发信号处于接通也即控制开关30处于接通就被循环地执行。

首先，在步骤S100中，驾驶支持ECU 26捕捉从传感器18、20、22和24输出的测得的信号。接下来，在步骤S110中，驾驶支持ECU 26对连续拾取的脸部图像执行图像处理，以由此基于连续拾取的脸部图像来检测驾驶员双眼的虹膜的位置。

在步骤S110之后，驾驶支持ECU 26基于虹膜的位置来确定驾驶员视线所指向的驾驶员凝视点的方向。

在此实施例中，环境检测器10配备有道路图数据库12和当前位置传感器14。由于这个原因，在步骤S120中，驾驶支持ECU 26基于存储在道路图数据库12中的道路图数据和由当前位置传感器14确定的车辆当前位置来识别车辆周围的行驶环境场，例如，在车辆从当前位置向前行驶的方向上延伸的道路的形状。然后，在步骤S120中，驾驶支持ECU 26在车辆周围的识别出的行驶环境场中、基于所确定的驾驶员视线所指向的驾驶员凝视点的方向来设置驾驶员凝视点。

在步骤S120之后，驾驶支持ECU 26执行上面在步骤S130中阐述的旋转分量(旋度分量)计算过程。下文中将详细描述如何执行旋转分量计算过程。

首先，在步骤S130a中，驾驶支持ECU 26在识别出的行驶环境场中的预定区域AL(例如驾驶员能够在视觉上识别出的区域AL)中设置多个点P。换句话说，该多个点P代表车辆周围的识别出的行驶环境场。

由该多个点P的排列形成的形状可以是矩阵图案、同心图案或同心椭圆图案等。例如，图2B示意性地示出了行驶环境场中的区域AL中的该多个点P的矩阵图案。

注意到，可以这样设置该多个点P，使得每个点P与车辆之间的位置关系持续恒定，或者它们可被固定地设置在行驶环境场中，使得每个点P与车辆之间的相对位置关系随着车辆的行驶而变化。如果该多个点P被固定地设置在行驶环境场中从而使得每个点P与车辆之间的相对位置关系随着车辆的行驶而变化，则当车辆的近侧的一些点P从区域AL消失时，相应的点P被重新设置在车辆的远侧。这使得点P的数量维持恒定，而无论车辆如何行驶。

在步骤S130a之后，在步骤S130b中，驾驶支持ECU 26基于横向加速度传感器18、竖直加速度传感器20、速度传感器22和偏航角速度传感器24的测得的信号来检测车辆的运动。然后，在步骤S130b中，驾驶支持ECU 26将检测到的车辆运动转换成行驶环境场关于车辆的相对运动，即，将检测到的车辆运动转换成每个点P关于车辆的相对运动，从而检测每个点P关于车辆的相对运动。即，因为由驾驶员在视觉上识别出的行驶环境场(道路)的流(运动)是由驾驶员与行驶环境场之间的相对运动引起的，所以可以基于车辆的运动来检测每个点P关于车辆的相对运动。

在步骤S130b之后，在步骤S130c中，假设驾驶员靠近地观察凝视点，则驾驶支持ECU 26将每个点P的相对运动投影在通过对车辆驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的三维坐标系中；该三维坐标系将被称作“视网膜球体坐标系”。

然后，在步骤S130d中，驾驶支持ECU 26计算每个点P的经投影的相对运动的旋度分量；每个点P的经投影的相对运动的旋度分量代表相应点P的经投影的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的旋转分量。即，在步骤S130d中，计算器26e计算由驾驶员在视觉上识别出的环境场的相对流中的旋转分量；环境场的相对流中的旋转分量各自关于驾驶员、围绕凝视点相对地旋转。

具体地，当车辆行驶时，车辆驾驶员通过在视觉上识别车辆周围的环境场的流而在视觉上意识到车辆的运动。视觉可识别的环境场的流包括从凝视点径向地扩展的散度分量(发散分量)(参见图3A)和围绕凝视点旋转的旋度分量(旋转分量)(参见图3B)。

在步骤S130d中，驾驶支持ECU 26利用以下过程来计算每个点P的旋度分量。

首先，驾驶支持ECU 26在存储介质26a中通过以下设置来定义正交坐标系：将凝视点设置为目标点，将从车辆的当前位置(驾驶员的眼睛点位置)朝向目标点的方向设置为X轴，将垂直于X轴并且在车辆的横向方向上延伸的方向设置为Y轴，以及将垂直于X轴和Y轴并且在车辆的竖直方向上延伸的方向设置为Z轴(参见图4A)。接下来，如图4B所示，驾驶支持ECU 26获得该多个点P的坐标(x，y，z)。

如图4C所示，与正交坐标系的原点距离为R的、具有坐标(x，y，z)的点A的相对运动被投影在视网膜球体坐标系中(参见步骤S130c)。注意到，正交坐标系中的点A被转换成视网膜球体坐标系中的点(图像)a(θ，φ)；θ代表由X轴和Y轴形成的XY平面上的相对于X轴的方位角，且φ代表由X轴和Z轴形成的XZ平面上的相对于X轴的仰角。

然后，驾驶支持ECU 26按照以下等式[1]来计算视网膜球体坐标系中的点A的经投影的相对运动的旋度分量

这里，字母上方的点(·)代表时间微商“d/dt(时间)”。

即，因为驾驶员向着凝视点的视线的方向被设置为X轴，所以可基于y和z坐标以及车辆速度的y和z轴分量将围绕X轴的旋度(旋转)分量计算为由Y轴和Z轴形成的YZ平面中的车辆速度的量值。可基于从横向加速度传感器18输出的测得的信号来获得在车辆的横向方向上延伸的Y轴方向上的车辆速度的y轴分量。类似地，可基于从竖直加速度传感器20输出的测得的信号来获得在车辆的竖直方向上延伸的Z轴方向上的车辆速度的z轴分量。

在步骤S130d中，驾驶支持ECU 26按照与点A相同的方式来计算每个点P的经投影的相对运动的旋度分量。

在完成对每个点P的经投影的相对运动的旋度分量的计算之后，驾驶支持ECU 26前进至步骤S140，并在步骤S140中基于计算出的各点P的经投影的相对运动的旋度分量来确定车辆的目标轨道。在下文中将详细描述在步骤S140中如何基于计算出的各点P的经投影的相对运动的旋度分量来确定车辆的目标轨道。

本申请的发明人已专注以下事实，即，当车辆从道路的直部进入道路中的弯道时，每个点P的经投影的相对运动的旋度分量依据道路形状的变化和驾驶员凝视点的变化而动态地变化。具体地，如果道路向右弯曲从而使得驾驶员的凝视点被设置在道路的弯道上(参见图5)，则靠近道路右侧的一些点P的量值水平大于其余的点的量值水平，并且点P的量值水平从道路右侧向其左侧逐渐减小。

相反，如果道路向左弯曲从而使得驾驶员的凝视点被设置在道路的弯道上，则靠近道路左侧的一些点P的量值水平大于其余的点的量值水平，并且点P的量值水平从道路左侧向其右侧逐渐减小。注意到，在图5中，示出了五条等值线，每条等值线连接旋度分量彼此相同的点。五条等值线中的每一条的厚度表明对应的量值水平。图5清楚地表明，最靠近道路右侧的等值线是五条等值线中最粗的，所以它在当中具有最高的量值水平。

如前所述，点P的量值水平的分布依据道路形状的变化和/或由道路形状的变化导致的凝视点的变化而动态地变化。此外，点P的量值水平的分布从道路的宽度方向上的一侧向其另一侧变化。因此，连接旋度分量彼此相同的点的每条等值线是适合于车辆的目标轨道的。

因此，在步骤S140中，驾驶支持ECU 26将其中一条等值线确定为车辆的目标轨道。因此，即使车辆以变化的转弯半径转弯，驾驶支持ECU26也基于等值线适当地确定车辆的目标轨道，这是因为点P的量值水平的分布依据车辆的转弯半径的变化而动态地变化。

优选地，在步骤S140中，驾驶支持ECU 26将等值线当中从车辆前端延伸的一条等值线确定为车辆的目标轨道。这使得能够支持维持当前轨道的车辆的驾驶。

注意到，基于等值线确定的车辆的目标轨道是在视网膜球体坐标系中的。因此，为了容易地比较车辆的目标轨道与车辆的当前轨道，驾驶支持ECU 26将车辆在视网膜球体坐标系中的目标轨道转换成车辆在正交坐标系中的目标轨道，该正交坐标系的一个轴(例如Y轴)与车辆的行驶方向对齐。图6和7分别示出了被转换至该正交坐标系中的目标轨道的两个示例。

在步骤S140之后，在步骤S150中，假设基于由对应的传感器22和24当前测得的车辆速度和偏航角速度而定义的当前转向条件随时间保持不变，则驾驶支持ECU 26基于当前测得的车辆速度和偏航角速度来计算车辆的当前轨道。可替选地，当前轨道可以被定义为前一轨道的延伸。此外，除了基于偏航角速度之外或代替基于偏航角速度，驾驶支持ECU 26可以基于方向盘的当前转向角来计算当前轨道。

在步骤S150之后，在步骤S160中，驾驶支持ECU 26比较目标轨道与当前轨道，如果目标轨道与当前轨道不同，则驾驶支持ECU 26控制车辆的轨道以使得当前轨道与目标轨道相匹配。

具体地，在步骤S160中，驾驶支持ECU 26调整协助扭矩以使得当前轨道与目标轨道基本上相匹配。

例如，在步骤S160中，如果当前轨道的曲率半径大于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向不足的倾向(参见图6)，则驾驶支持ECU 26增大协助扭矩。另一方面，在步骤S160中，如果当前轨道的曲率半径小于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向过度的倾向(参见图7)，则驾驶支持ECU 26减小协助扭矩。

接下来，在步骤S170中，驾驶支持ECU 26确定控制开关30是否关断，换言之，没有触发信号从控制开关30输入。驾驶支持ECU 26循环地执行从步骤S100至S170的驾驶支持任务，直到步骤S170的确定为肯定(YES)为止。当步骤S170的确定为肯定(YES)时，驾驶支持ECU26结束驾驶支持任务。

在步骤S160中，驾驶支持ECU 26可以改变车辆的转向特性以由此控制车辆的轨道。

可以通过改变车辆的前后负荷平衡来改变转向特性。将负荷平衡向前平移改进了转向特性。因此，如图6所示，如果当前轨道的曲率半径大于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向不足的倾向(参见图6)，则驾驶支持ECU 26可以将负荷朝前轮侧平移。另一方面，如果将负荷平衡向后轮侧平移，则车辆的稳定性提高。因此，如果当前轨道的曲率半径小于目标轨道的曲率半径从而使得车辆有转向过度的倾向(参见图7)，则驾驶支持ECU 26可以将负荷朝车辆的后轮侧平移。可以使用各种方法来平移车辆的前后负荷平衡。例如，对驱动力和/或制动力的控制或者对稳定性因数的管理可平移前后负荷平衡。

注意到，在步骤S160中，考虑到控制延迟，如图8所示，驾驶支持ECU 26优选地将当前轨道上的经过N秒之后的车辆的未来位置与目标轨道上的经过N秒之后的车辆的未来位置进行比较，并基于车辆在当前轨道上的未来位置与车辆在目标轨道上的未来位置之间的偏差来控制车辆的轨道。

如前所述，根据本实施例的安装于车辆中的驾驶支持设备AP被配置用于计算每个点P的相对运动中的旋度分量；每个点P的相对运动中的旋度分量代表相应点P的相对运动围绕相应驾驶员向着凝视点的眼睛方向的旋转分量。根据本实施例的驾驶支持设备AP还被配置用于将连接旋度分量彼此相同的点的各条等值线中的一条确定为车辆的目标轨道。

因此，即使车辆以变化的转弯半径转弯，驾驶支持设备AP的配置也基于等值线适当地确定车辆的目标轨道，这是因为点P的量值水平的分布依据车辆的转弯半径的变化而动态地变化。

本公开不限于上面所阐述的实施例，而是能够在本公开的范围内进行修改或变形。

在本实施例中，驾驶支持设备AP配备有用于连续地拾取车辆驾驶员的脸部图像的脸部图像相机32，且驾驶支持设备AP被配置用于基于连续拾取的脸部图像来检测驾驶员双眼的虹膜的位置，并基于虹膜的位置来设置驾驶员的凝视点。然而，本公开并不限于此配置。

具体地，驾驶支持设备AP可以设有安装于车辆上的前相机32a(参见图1中的虚线)，并且可以被配置用于将设置于由前相机拾取的图像中的多个点中的每一个的运动表示为矢量即光学流，并将具有最小光学流的一个点设置为凝视点。这是因为，基于心理学理论和其他发现以及经验知识，知道驾驶员凝视在驾驶员视野中移动最小的点。在这种情况下，确定器(凝视设置器)26c可计算该多个点中的每一个点处的光学流，或者可计算该多个点中的一些点处的光学流；被计算光学流的这些点被限制为存在于道路上。具有最小光学流的一个点可以被选择作为该多个点中的一些点中的凝视点；作为凝视点的候选点的这些点被限制为存在于道路上。

在步骤S120中，驾驶支持ECU 26可以将由车辆运动检测器160检测到的车辆运动转换成行驶环境场关于车辆的相对运动，即，可以将检测到的车辆运动转换成设置在识别出的行驶环境场中的预定区域AL中的多个点P中的每一个点关于车辆的相对运动，由此检测每个点P关于车辆的相对运动。基于每个点P的相对运动，驾驶支持ECU 26可以将具有最小的关于车辆的相对运动的一个点设置为凝视点。

在该修改中，假设车辆驾驶员在车辆的行驶方向上观察，则驾驶支持ECU 26可将每个点P的相对运动投影在通过对车辆驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的视网膜球体坐标系中。然后，驾驶支持ECU 26计算每个点P的经投影的相对运动的量；每个点P的被观察到的相对运动的量。

在与图4c对应的图9中，通过以下设置来定义正交坐标系：将车辆的行驶方向设置为Y轴，将垂直于Y轴并且在车辆的横向方向上延伸的方向设置为X轴，以及将垂直于X和Y轴并且在车辆的竖直方向上延伸的方向设置为Z轴。接下来，如图9所示，驾驶支持ECU 26获得该多个点P的坐标(x，y，z)。

如图9所示，与正交坐标系原点距离为R的、具有坐标(x，y，z)的点A的相对运动被投影在视网膜球体坐标系中。注意到，正交坐标系中的点A被转换成视网膜球体坐标系中的点(图像)a(θ，φ)；θ代表由X轴和Y轴形成的XY平面上的相对于X轴的方位角，且φ代表由X轴和Z轴形成的XZ平面上的相对于X轴的仰角。

即，在步骤S120中，驾驶支持ECU 26根据以下等式[2]计算图像的偏心角ω的绝对变化率来作为观察到的运动：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{V}{R}\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\θ}\·{\cos }^2\mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}\·\frac{\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ}}{\sqrt{1-{\cos }^2\·{\cos }^2\mathrm{\φ}}}---\left[2\right]$

这里V代表车辆速度，且γ代表偏航角速度。

等式[2]按以下方式导出。偏心角ω利用如以下等式[3]所示的方位角θ和仰角φ来表示：

ω＝cos^-1(cosφcosθ)    [3]

此外，图9中所示的正交坐标系中的坐标(x，y，z)与视网膜坐标系中的角θ、角φ以及偏心角ω之间的关系由以下等式[4]至[8]表示：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{y}\right)---\left[4\right]$

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{z}{\sqrt{x^2+y^2}}\right)---\left[5\right]$

x＝y·tanθ    [6]

y＝R·cosω    [7]

$z=\sqrt{x^2+y^2}\·\tan \mathrm{\φ}---\left[8\right]$

而且，当使用如以下等式[9]所示的公式来对等式[3]微分时，得到以下等式[10]：

${\left({\cos }^{-1}x\right)}^{\′}=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}---\left[9\right]$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·(-\sin \·\cos \mathrm{\φ}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-\cos \mathrm{\θ}\·\sin \mathrm{\φ}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}})$

$=\frac{-(\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+\frac{-(\cos \mathrm{\θ}\·\sin \mathrm{\φ})}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}$

$=\mathrm{\α}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+\mathrm{\β}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}---\left[10\right]$

当考虑到车辆速度V和偏航角速度γ时，基于等式[4]和[5]计算出θ和φ的微分值，如下列等式[11]和[12]所示：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}=\frac{1}{1+{\left(\frac{z}{x^2+y^2}\right)}^2}{\left(\frac{z}{\sqrt{x^2+y^2}}\right)}^{\′}$

$=\frac{x^2+y^2}{x^2+y^2+z^2}\left\{\frac{-z(x\stackrel{\·}{x}+y\stackrel{\·}{y})+\stackrel{\·}{z}(x^2+y^2)}{{(x^2+y^2)}^{\frac{3}{2}}}\right\}=\frac{-\mathrm{zx}\stackrel{\·}{x}}{(x^2+y^2+z^2)\sqrt{x^2}+y^2}$

$=-\frac{R\sin \mathrm{\φ}\·R\cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\·V}{R^{2}R\cos \mathrm{\φ}}$

$=-\frac{V}{R}\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}---\left[11\right]$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}=\frac{1}{1+{\left(\frac{x}{y}\right)}^2}{\left(\frac{x}{y}\right)}^{\′}+\mathrm{\γ}=\frac{\stackrel{\·}{x}y-x\stackrel{\·}{y}}{x^2+y^2}+\mathrm{\γ}$

$=\frac{-\mathrm{VR}\cos \mathrm{\φ}\·\sin \mathrm{\θ}}{R^2{\cos }^2\mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}$

$=\frac{-V\sin \mathrm{\θ}}{R\cos \mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}---\left[12\right]$

将等式[11]和[12]代入等式[10]中建立等式[2]。

在步骤S120中，驾驶支持ECU 26可根据等式[2]、利用位置(θ，φ)、距离R、车辆速度V和偏航角速度γ来连续地计算各点P的变化率。每个点P的变化率代表驾驶员视觉中的相对运动量，因为它是基于视网膜球体坐标系计算出的。即，驾驶支持ECU 26可以将设置于预定区域AL中的每个点P的物理相对运动转换成视觉相对运动。

在步骤S120中，驾驶支持ECU 26基于每个点P的偏心角的变化率来设置驾驶员的凝视点。具体地，图10示意性地示出了各点P的偏心角变化率的绝对值，每个绝对值由具有成比例的长度的段表示。如图10所示，驾驶支持ECU 26搜索所有的偏心角变化率绝对值，以寻找最小绝对值的一点P作为凝视点。

注意到，因为驾驶员在驾驶车辆时表现出凝视道路上的点，所以凝视点的位置可以被限制在车辆前方的道路上。

在上述实施例中，驾驶支持设备AP检测车辆的运动，并将检测到的车辆运动转换成行驶环境场关于车辆的相对运动，但本公开不局限于此。

具体地，驾驶支持设备AP可以被配置用于利用对象检测单元(例如毫米激光器、激光雷达和立体相机)来检测存在于行驶环境场中的至少一个静止对象的位置信息(例如方位方向和离车辆的距离)，从而检测该至少一个静止对象的运动。可以使用标志、护栏、或车辆前方的道路表面上的点等作为将被检测的该至少一个静止对象。驾驶支持设备AP可基于该至少一个静止对象的位置信息来检测该至少一个静止对象在视网膜球体坐标系中的相对运动。

在上述实施例中，驾驶支持设备AP将设置在行驶环境场中的区域AL中的多个点P中的每一个点的相对运动投影在视网膜球体坐标系中，并计算每个点P的经投影的相对运动的旋度分量，但本公开不局限于此。

具体地，因为目标轨道应该被设置于车辆预期行驶的道路上，所以该多个点P可以被设置于车辆预期行驶的道路上。这减小了驾驶支持ECU26的处理负荷。

目标轨道可以被显示在诸如无需执行车辆轨道控制的平视显示器等的显示单元上。

在上述实施例中，车辆被用作本公开的移动对象的示例。然而，诸如飞行器、摩托车和轮椅等的其他类型的移动对象也可以被用作本公开的移动对象。

虽然这里已经描述了本公开的示例性实施例，但本公开并不局限于这里所描述的实施例，而是包括具有本领域技术人员基于本公开将会理解的修改、省略、组合(例如，各实施例间的方面的组合)、改写和/或更替的任何和所有实施例。权利要求中的限定内容应基于权利要求中采用的语言来宽泛地解释，而不限于在本说明书中或在本申请的审查期间描述的、将被解释为非排他性示例的示例。

Claims (9)

1.一种用于支持移动对象的驾驶的设备，所述设备包括：

凝视点设置器，其用于设置所述移动对象的驾驶员的凝视点；以及

运动检测器，其用于检测所述移动对象周围的环境场关于所述移动对象的相对运动，所述设备的特征在于包括：

旋度分量计算器，其用于：

将所述环境场的所述相对运动投影在坐标系中，所述坐标系是通过对所述移动对象的所述驾驶员的视网膜球体进行建模而形成的，并且

计算所述环境场的经投影的所述相对运动围绕相应驾驶员向着所述凝视点的眼睛方向的每个旋转分量；

目标轨道设置器，其用于将连接所述环境场的经投影的所述相对运动的一部分旋转分量的等值线设置为所述移动对象的目标轨道，该部分旋转分量具有相同的量值；以及

支持器，其基于由所述目标轨道设置器设置的所述移动对象的所述目标轨道来支持所述移动对象的驾驶。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述移动对象是在道路上行驶的车辆，且所述运动检测器被配置用于在所述环境场中、在所述车辆的行驶方向上的道路表面上设置多个点作为指示所述环境场的参数、并检测所述多个点中的每个点关于所述移动对象的相对运动来作为所述移动对象周围的所述环境场的所述相对运动。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述运动检测器包括：

道路图存储单元，其用于存储道路图数据；

当前位置检测器，其用于检测所述车辆的当前位置；以及

车辆运动检测器，其用于检测所述车辆的横向方向上的车辆运动、并且检测所述车辆的竖直方向上的车辆运动，

所述运动检测器被配置用于基于所述道路图数据和检测到的所述车辆的所述当前位置来将所述车辆周围的行驶环境场定义为所述车辆周围的所述环境场、并基于检测到的所述横向方向上的车辆运动和检测到的所述竖直方向上的车辆运动来在所述行驶环境场中检测所述多个点中的每个点关于所述移动对象的所述相对运动。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述等值线被提供为多个，所述多个等值线中的每个等值线连接所述环境场的经投影的所述相对运动的相应一部分旋转分量，该部分旋转分量具有相同的量值，且所述目标轨道设置器被配置用于选择所述多个等值线中的一个等值线作为所述移动对象的所述目标轨道，所述多个等值线中的所述一个等值线从所述移动对象的前端沿着所述移动对象的行驶方向延伸到所述凝视点。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述运动检测器还包括位置检测器，所述位置检测器检测存在于所述环境场中的静止对象的位置来作为指示所述环境场的参数、并基于检测到的所述静止对象的位置来检测所述环境场的所述相对运动。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述凝视点设置器被配置用于将所述环境场的经投影的所述相对运动的一点设置为所述凝视点，所述环境场的经投影的所述相对运动的该点与所述环境场的经投影的所述相对运动的其他点相比具有最小的相对运动。

7.根据权利要求1所述的设备，还包括拾取所述驾驶员的图像的驾驶员相机，所述图像包括所述驾驶员的至少一只眼睛，且所述凝视点设置器被配置用于分析所述图像、并基于所述图像的分析结果来设置所述凝视点。

8.根据权利要求1所述的设备，还包括在所述移动对象的行驶方向上连续地拾取图像的前相机，且所述凝视点设置器被配置用于基于每个所拾取的图像中的光学流来设置所述凝视点。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支持器被配置用于基于所述移动对象的当前运动条件来计算所述移动对象的当前轨道、并基于所述移动对象的所述当前轨道与所述移动对象的所述目标轨道之间的比较结果来控制所述移动对象的轨道。